河南省測繪工程院 牛永力

GPS在航空攝影測量中的應(yīng)用

河南省測繪工程院 牛永力

一、航空攝影測量概述

1.航空攝影定位方法。航空攝影測量在定位方面有空對地和地對空2種方法。空對地方法是用各種直接測量方法求出攝影機(jī)或傳感器的空間位置和姿態(tài)，然后用前方交會的方法，確定照片上任一目標(biāo)在實(shí)際空間中的位置。而地對空方法是利用已知空間坐標(biāo)的若干地面控制點(diǎn)及其在照片上的構(gòu)象，先求出照片的外方位元素，進(jìn)而可確定出照片上任一目標(biāo)的空間位置。

2.航空攝影作業(yè)流程。目前，常用的航空攝影測量多是采用全數(shù)字化攝影測量成圖?；咀鳂I(yè)流程為：航空攝影，外業(yè)像控點(diǎn)的測量及照片調(diào)繪，像控點(diǎn)采用平面區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)，航內(nèi)區(qū)域網(wǎng)電算加密，全數(shù)字化攝影測量成圖，編制數(shù)字化產(chǎn)品。

3.確定控制點(diǎn)坐標(biāo)。長期以來人們主要是利用各種測量方法測定在照片上滿足良好分布條件的若干控制點(diǎn)坐標(biāo)；進(jìn)行野外照片的判讀與調(diào)繪。航測外業(yè)控制聯(lián)測工作量非常繁重，隨著GPS技術(shù)的不斷成熟，利用載波相位差分法和GPS定位方法，可以精確地測定攝影中心的三維空間坐標(biāo)。并將他們作為輔助數(shù)據(jù)與攝影測量和非攝影測量觀測值一起進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差，GPS數(shù)據(jù)將能大大地提高區(qū)域網(wǎng)的精度和可靠性，大大地節(jié)省區(qū)域網(wǎng)平差所需要的地面控制點(diǎn)。

二、G PS用于航外控制聯(lián)測的方法

首先，需要進(jìn)行航空攝影，拍攝符合技術(shù)要求的航攝照片。其次，在取得經(jīng)過處理的照片時，就可以進(jìn)行像控點(diǎn)的聯(lián)測工作。最后，根據(jù)像控點(diǎn)的布設(shè)方案選點(diǎn)，進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)檢核和內(nèi)業(yè)平差計(jì)算。

三、進(jìn)行G PS輔助空中三角測量的步驟

1.進(jìn)行航攝的準(zhǔn)備工作。首先，確定機(jī)載高動態(tài)GPS天線的類型，GPS天線應(yīng)符合航空產(chǎn)品的規(guī)范。把GPS天線安裝在飛機(jī)上。固定攝影機(jī)位置，攝影機(jī)最好置于相位天線的正下方。把GPS天線通過放大器與GPS接收機(jī)相連，同時把GPS接收機(jī)中的事件標(biāo)示器（Event Marker）與航空攝像儀的曝光信號脈沖輸出端相連接。進(jìn)行GPS接收天線相位中心與攝影機(jī)后節(jié)點(diǎn)（也是投影中心）的偏心測定。

2.進(jìn)行飛行拍攝。根據(jù)拍攝區(qū)的范圍，布設(shè)多個基準(zhǔn)站，站間的距離不大于40 km。利用GPS導(dǎo)航進(jìn)行航空攝影，把GPS與計(jì)算機(jī)相連，對設(shè)定的航線進(jìn)行飛行拍攝。加裝垂直構(gòu)架，由于每條航帶上都可能出現(xiàn)信號失鎖、周跳或是不同期飛行的情況，為了使空中三角網(wǎng)穩(wěn)定可解，加裝垂直構(gòu)架航帶是十分必要的。

四、G PS測量在周口測區(qū)中的應(yīng)用

1.任務(wù)概況。為了滿足周口測區(qū)測繪工程的需要。需要在測區(qū)規(guī)劃區(qū)和發(fā)展區(qū)面積約為200 km2的范圍進(jìn)行攝影和大比例地形圖測繪。

2.航空攝影。在測區(qū)利用ADS80航攝儀進(jìn)行攝影。航攝時采用于GPS地面基準(zhǔn)站相配合的作業(yè)方式，基準(zhǔn)站架設(shè)在測區(qū)中部2個已知D級GPS控制點(diǎn)上，用2臺天寶5700雙頻GPS接收機(jī)架設(shè)在控制點(diǎn)上進(jìn)行觀測。

3.像控點(diǎn)布設(shè)及聯(lián)測。

（1）像控點(diǎn)布設(shè)。在處理飛行數(shù)據(jù)后，在測區(qū)四角和中心選取少量像控點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，共布設(shè)了28個像控點(diǎn)。像控點(diǎn)的選定均按室內(nèi)規(guī)范要求和照片條件進(jìn)行。

（2）聯(lián)測。在28個像控點(diǎn)都進(jìn)行實(shí)地選點(diǎn)按照。像控點(diǎn)平面坐標(biāo)的聯(lián)測采用HNCORS系統(tǒng)進(jìn)行，每個像控點(diǎn)目標(biāo)均測3次，取3次平均值為像控點(diǎn)成果值。

4.數(shù)據(jù)預(yù)處理。ADS80是1臺基于三線陣推掃式航攝像機(jī)，它集成了數(shù)據(jù)定位系統(tǒng)，可以在航攝的同時獨(dú)立記錄GPS相位中心的精確位置和高頻記錄（IMU）的姿態(tài)數(shù)據(jù)，在進(jìn)行GPS和IMU數(shù)據(jù)聯(lián)合處理后可以得到航攝過程中航攝儀高頻精確的空間位置和姿態(tài)信息。通過內(nèi)插可以得到每1個掃描線曝光瞬間的投影中心的空間位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)。

（1）外方位元素求解。ADS80內(nèi)業(yè)解算主要是基于GPro、IPAS、APM和Orima軟件進(jìn)行計(jì)算的，在航飛結(jié)束后，利用同步基站GPS觀測數(shù)據(jù)，聯(lián)合機(jī)載GPS和慣性測量單元數(shù)據(jù)以及航攝時間記錄進(jìn)行解算，獲得投影中心精確的空間位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)。

（2）空中三角測量?？罩腥菧y量的目的是獲得數(shù)字?jǐn)z影測量內(nèi)業(yè)所需的照片內(nèi)外方位元素和數(shù)字影像糾正點(diǎn)等元素?cái)?shù)據(jù)。本項(xiàng)目使用ORIMA自動空中三角測量系統(tǒng)進(jìn)行加密，測區(qū)劃分為1個加密單元。采用IMU輔助空三技術(shù)手段，用地面基站加外業(yè)像控點(diǎn)處理數(shù)據(jù)。在引入外業(yè)像控點(diǎn)大地坐標(biāo)進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)的聯(lián)合平差計(jì)算時，像控制點(diǎn)的量測采用人工觀測。加入IMU輔助航空攝影得到的6個外方位元素初值作為帶權(quán)觀測值參與平差，再用加密成果進(jìn)行定向。無約束平差和約束平差空中三角測量數(shù)據(jù)處理精度及各種限差均滿足技術(shù)要求。空三平差加密成果經(jīng)外業(yè)檢測點(diǎn)驗(yàn)證時符合精度要求。

5.立體測圖。在完成空中三角測量后，根據(jù)測區(qū)范圍和模型進(jìn)行1：500和1：1 000大比例尺地形圖內(nèi)業(yè)測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)。

綜上，近年來GPS動態(tài)定位技術(shù)的飛速發(fā)展，給航空攝影測量技術(shù)帶來了巨大的發(fā)展，該技術(shù)在測繪工程的實(shí)用，大大促進(jìn)了航空攝影測量在國內(nèi)測繪業(yè)的進(jìn)步。GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量平差技術(shù)，將大大減少外業(yè)照片控制聯(lián)測的任務(wù)量，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本。給航空攝影測量的大規(guī)模推廣應(yīng)用提供了廣闊的前景。

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