李麗英

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.14.004

摘 要：我國建立了較為完整的GPS輔助空中三角測量理論，從機(jī)載GPS相位中心與航攝儀投影中心的幾何關(guān)系出發(fā)，建立了GPS攝站坐標(biāo)觀測方程，將其引入攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差，構(gòu)建了GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的完整數(shù)學(xué)模型。該文結(jié)合清遠(yuǎn)某航空攝影項目，對GPS輔助空中三角測量在技術(shù)方案、飛行實施、外方位元素解算以及精度評定幾個方面作闡述和分析。

關(guān)鍵詞：GPS輔助空中三角測量 攝影測量 區(qū)域網(wǎng)平差 精度

中圖分類號：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（b）-0004-02

GPS輔助空中三角測量即是基于載波相位差分GPS動態(tài)定位技術(shù)或精密單點定位技術(shù)獲取航攝儀曝光時刻攝影中心的三維坐標(biāo)，將其作為觀測值參與攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差，采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型和算法整體解算物方點位和像片外方位元素，并對其精度進(jìn)行評定的技術(shù)和方法。經(jīng)過20多年的理論研究、實際試驗和大量的生產(chǎn)實踐；我國建立了比較完整的GPS輔助空中三角測量技術(shù)框架，制定了相應(yīng)的國家測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，用于指導(dǎo)我國的航空攝影測量生產(chǎn)。這些已經(jīng)極大的簡化了航空攝影測量作業(yè)工序，形成了具有中國特色的GPS航空攝影測量實用生產(chǎn)技術(shù)體系。

1 技術(shù)方案及飛行實施

GPS輔助空中三角測量前期生產(chǎn)過程包含航攝設(shè)計、地面控制、航攝飛行、航后GPS數(shù)據(jù)檢核及預(yù)處理等幾個方面，后期內(nèi)業(yè)處理主要是帶GPS數(shù)據(jù)的區(qū)域網(wǎng)平差過程（如圖1）。下面筆者以本部執(zhí)行的天津航攝項目為實例對GPS輔助空中三角測量從技術(shù)設(shè)計以及飛行過程進(jìn)行闡述。

1.1 地面控制方案

地面控制部分按照GB/T 18314-2001《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》除需要進(jìn)行地面基站的測設(shè)外，還要進(jìn)行航攝期間基站的同步觀測和平高點、檢測點、水準(zhǔn)點測量期間基準(zhǔn)站的連續(xù)觀測、加密分區(qū)四角平高點的布設(shè)和測量、精度驗證區(qū)檢測點的選測以及水準(zhǔn)點的GPS測量，并繪制點之記。

對空地標(biāo)點采用四角布點法，按照《GPS輔助航空攝影技術(shù)規(guī)定》點位布設(shè)在構(gòu)架航線與加密分區(qū)首末測圖航線重疊處，位于測區(qū)自由圖邊處的地標(biāo)點位應(yīng)盡量布設(shè)在圖廓線外。為了檢驗GPS輔助空中三角測量的精度，航攝像片提供后在檢測樣區(qū)內(nèi)選刺30個點進(jìn)行檢測，所選檢測點除滿足GPS觀測要求外，還選擇在像片上影像清楚的明顯地物點上，并均勻分布于平地、丘陵和山地，使野外檢測點有較強(qiáng)的地形類別代表性。對于上述所有點位，都要做GPS測量取得其WGS-84坐標(biāo)下的精確坐標(biāo)。

1.2 航攝技術(shù)設(shè)計

按照GB/T 19294-2003《航空攝影技術(shù)設(shè)計規(guī)范》以及GB/T 15661《1∶5 000 1∶10 000 1∶25 000 1∶50 000 1∶100 000地形圖航空攝影規(guī)范》，我們充分考慮地形因素將該攝區(qū)分成了若干個加密分區(qū)，并通過加密分區(qū)四角平高控制點加構(gòu)架航線的地面控制方案來改正GPS攝站的坐標(biāo)系統(tǒng)漂移誤差控制精度。構(gòu)架航線垂直于測圖航線，設(shè)計的基本要求是比測圖航線的比例尺小20%左右，航向重疊不小于80%，并且延長出航攝區(qū)域4到6條基線，控制航線交叉或銜接處要有不少于4條基線的重疊。四角平高點位置及時報予地面控制方案執(zhí)行部門并納入其地面測量技術(shù)設(shè)計中，也是在實際飛行中能夠觀察到的對空地標(biāo)點。

1.3 航空攝影飛行實施安排

在實際飛行實施過程中，保證地面基準(zhǔn)站與機(jī)載GPS同步觀測。每個架次準(zhǔn)備飛行前，通知地面基準(zhǔn)站開機(jī)，這樣就保證了起飛前機(jī)載GPS接收機(jī)靜態(tài)觀測有正常的基站數(shù)據(jù)參考。起飛前進(jìn)行GPS接收機(jī)的初始化測量，采用GB/T 18314-2001中規(guī)定的GPS靜態(tài)定位測量方法，其間，應(yīng)嚴(yán)格防止各種原因遮擋機(jī)載GPS天線造成的GPS信號失鎖。記錄好GPS接收機(jī)的初始化時間以及靜態(tài)觀測起止時間。航攝飛行結(jié)束落地不動后，進(jìn)行GPS靜態(tài)觀測，觀測時間10 min左右。飛行結(jié)束后及時下載數(shù)據(jù)做GPS數(shù)據(jù)檢核及預(yù)處理，檢查機(jī)載設(shè)備數(shù)據(jù)記錄的完備性，并備份數(shù)據(jù)。關(guān)于航攝飛行漏洞的補(bǔ)攝，尤其要注意的就是在敷設(shè)構(gòu)架航線的測區(qū)，補(bǔ)攝航線兩端必須超出構(gòu)架航線外至少一條基線。

2 像片外方位元素的獲取及樣區(qū)加密精度驗證

為了測定GPS輔助空中三角測量航攝成果的精度，我們在樣區(qū)內(nèi)布設(shè)了布設(shè)30個檢測點（點位分布如圖五所示）。所有點都采用GPS靜態(tài)測量方法進(jìn)行測量，得到WGS84下的大地坐標(biāo)及其橢球高，并轉(zhuǎn)換到西安80坐標(biāo)系和1985國家高程基準(zhǔn)下的坐標(biāo)。利用武漢大學(xué)自行研發(fā)的WuCAPS軟件進(jìn)行帶四角高程控制的GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差得到樣區(qū)全部像片的外方位元素和加密點的地面坐標(biāo)。利用30個檢測點評定的加密成果精度如表1，由表1顯示來，檢查點精度滿足GB/T 13990-1992《1∶5 000、1∶10 000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》成圖精度要求，1∶5 000航測成圖，檢查點不符值：平面<2.5 m，高程<2.0 m（山區(qū)地形）。說明GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差得到的外方位元素精度可以滿足后續(xù)內(nèi)業(yè)加密和測圖等工序的精度檢查和比較使用。

3 綜述

綜上所述，GPS輔助空中三角測量可以大量減少地面控制點，而且?guī)У孛婵刂频腉PS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差精度能夠滿足1∶5 000地形圖生產(chǎn)。無論平地區(qū)域還是丘陵地、山地區(qū)域，采用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差，精度達(dá)能到自檢校光束法區(qū)域網(wǎng)平差的精度。GPS輔助空中三角測量已經(jīng)成為一種極為實用、經(jīng)濟(jì)的攝影測量加密方法，其在測繪生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)逐漸改變了航空攝影測量一貫遵循的“航空攝影—外業(yè)控制聯(lián)測—內(nèi)業(yè)測圖”的長周期作業(yè)模式。它在縮短航測成圖周期、節(jié)省外業(yè)控制工作量、減輕勞動強(qiáng)度等方面已經(jīng)創(chuàng)造出了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 袁修孝.GPS輔助空中三角測量原理及應(yīng)用[M].北京：測繪出版社，2001.

[2] GB/T 18314-2001，全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范[S].

[3] GB/T 19294-2003，航空攝影技術(shù)設(shè)計規(guī)范[S].