張建霞

(閩江學院地理科學系，福建 福州 350108)

基于國產(chǎn)SWDC航攝儀的稀少控制航測應用

張建霞

(閩江學院地理科學系，福建 福州 350108)

稀少控制航測可以大大減少外業(yè)測繪的工作量，隨著GPS輔助航測技術的發(fā)展，使稀少控制測繪成為可能。本文以國產(chǎn)SWDC航攝儀為研究基礎，闡述了GPS輔助數(shù)碼空中三角測量的原理、技術流程及具體測區(qū)稀少控制的典型航測試驗。結果表明，SWDC航攝儀的航測精度滿足1∶1萬地形測繪需求，驗證了國產(chǎn)SWDC實施稀少控制航測的應用可行性。

數(shù)字航攝儀; 稀少控制; 攝影測量; SWDC; 空中三角測量

隨著數(shù)字航攝儀的研究、應用與發(fā)展，當前我國已進入數(shù)字航測時代，實現(xiàn)稀少控制(甚至是無控制)航測一直是攝影測量領域追求的目標之一[1]。當前我國航測領域主要使用的數(shù)字航攝儀有進口的DMC、UCX和ADS三大系列，以及劉先林院士研發(fā)的國產(chǎn)SWDC系列。經(jīng)過近10年的航測生產(chǎn)及應用研究，國產(chǎn)SWDC數(shù)字航攝儀在我國航測中具有適合我國測繪現(xiàn)狀的特點。本文以國產(chǎn)SWDC數(shù)字航攝儀為基礎，探討在GPS輔助數(shù)碼空中三角測量條件下的稀少控制航測[2-3]。

1 SWDC數(shù)字航攝儀

國產(chǎn)SWDC數(shù)字航攝儀主體由4個高檔民用相機(單機像素數(shù)為3900萬或2200萬，像元大小6.8 μm或9 μm)經(jīng)外視場拼接而成(如圖1和圖2所示)，SWDC的相關技術指標見表1。SWDC的關鍵技術是多相機高精度影像拼接，即虛擬影像生成技術，可實現(xiàn)空中無攝影員的精確GPS定點曝光[4]。

圖1 SWDC航攝儀

圖2 拼接四鏡頭

表1 SWDC主要技術參數(shù)

為了大幅度地減少地面控制點的數(shù)量，進而減少航測外業(yè)工作量，在SWDC硬件系統(tǒng)中集成了GPS，配置的GPS為高精度測量型，其采樣頻率為10 Hz，靜態(tài)或準靜態(tài)的標稱精度為5 mm+1×10-6D(RTK或后處理動態(tài)差分的標稱精度為20 mm+1×10-6D)。在攝站GPS數(shù)據(jù)的后處理中，采用了基于精密星歷(IGS組織提供)的精密單點定位技術(precise point positioning，PPP)，地面無需架設地面GPS差分，即SWDC數(shù)字航攝儀采用了GPS輔助攝影測量技術，為實現(xiàn)稀少控制航測奠定了基礎?；赟WDC的GPS輔助數(shù)碼航測生產(chǎn)作業(yè)流程如圖3所示。

圖3 SWDC航測作業(yè)流程

2 GPS輔助區(qū)域網(wǎng)平差數(shù)學模型

GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差就是利用GPS確定的精確攝站坐標作為輔助數(shù)據(jù)參加攝影測量與非攝影測量觀測值的聯(lián)合平差，以達到用GPS攝站作為空中控制來取代地面控制的目的，從而使地面控制大大減少，使之少到只利用其來解決數(shù)據(jù)基準和消除GPS數(shù)據(jù)系統(tǒng)誤差的程度。其聯(lián)合平差的數(shù)學模型表達如下[5-6]

(1)

式中，VX為像點坐標；VC為地面控制點坐標；VS為虛擬自檢校參數(shù)；VG為GPS攝站坐標觀測值改正數(shù)向量，該方程即是將GPS攝站坐標引入攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差時新增的誤差方程式；x為加密點坐標未知數(shù)增量向量；t為外方位元素未知數(shù)增量向量；c為自檢校參數(shù)向量；r為偏心分量未知數(shù)增量向量；d為漂移誤差改正參數(shù)向量；A、B為相應于t、x未知數(shù)的系數(shù)矩陣；C為相應于c未知數(shù)的系數(shù)矩陣，隨選用像點坐標系統(tǒng)誤差改正模型的不同而變化。

3 稀少控制航測試驗

3.1 試驗概述

試驗測區(qū)為湖南省邵陽地區(qū)，屬于特困難地區(qū)(以丘陵、山地為主)，測區(qū)總面積約3500 km2，本試驗為國家1∶1萬基礎測繪生產(chǎn)性項目。航攝平臺為運-5飛機，使用的航攝儀為SWDC-4型，測區(qū)地面點設計為四角控制點、區(qū)內(nèi)檢查點的方式，為實現(xiàn)稀少控制，航線設計中加飛構架航線。具體的航攝設計參數(shù)見表2，獲取的影像示例如圖4所示。

表2 航攝參數(shù)

圖4 航攝影像

3.2 地面控制

地面控制采用測區(qū)四角控制點、區(qū)內(nèi)檢查點的方案，所有點均采用航測影像刺點的方式。測區(qū)內(nèi)共計布設了4個測區(qū)控制點，130個檢查點，具體的點分布情況如圖5所示。地面點的平面坐標系統(tǒng)為CGCS2000，高程采用的是1985國家高程基準。

3.3 GPS輔助數(shù)碼空三加密

空三加密采用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差的方法，即地面四角控制點作為測區(qū)的大地定向點，并引入攝站GPS空間坐標進行聯(lián)合平差。平差的平面坐標系統(tǒng)為CGCS2000，高程系統(tǒng)為1985國家高程基準，按1∶1萬內(nèi)業(yè)空三加密限差要求執(zhí)行：定向點平面限差3 m，高程限差0.8 m；檢查點平面限差3.5 m，高程限差1.0 m[7-9]。

圖5 地面布點示意圖

本次光束法區(qū)域網(wǎng)平差采用PBBA軟件(中國測繪科學研究院研發(fā))，平差區(qū)域涉及基本航線14條，構架航線2條，航向基線跨度為50根(51幀影像)，加密區(qū)域的總影像數(shù)為802幀，區(qū)域的航向長度約70 km，旁向長度約50 km，對應的地面總面積約3500 km2。區(qū)域網(wǎng)平差時，相關的參數(shù)設置見表3。

表3 空三加密參數(shù)設置

3.4 精度統(tǒng)計

經(jīng)過GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差所得到的精度情況包括地面定向點的精度統(tǒng)計及區(qū)域內(nèi)檢查點的精度統(tǒng)計，見表4和表5。

表4 地面定向點精度統(tǒng)計 m

表5 檢查點精度統(tǒng)計 m

由表4、表5可知，4個區(qū)域定向點的X、Y和高程3個方向的較差(真誤差)均小于30 cm；測區(qū)內(nèi)130個檢查點的平面精度優(yōu)于80 cm，高程精度優(yōu)于40 cm?？梢娫贕SD為40 cm、測區(qū)四角4個控制點的情況下，GPS輔助空三加密的平面精度優(yōu)于2個GSD，高精度精度優(yōu)于1個GSD。

采用SWDC數(shù)字航攝儀，在地面分辨率(GSD)40 cm、航向50根基線跨度、旁向14條航線跨度、區(qū)域兩端2條構架航線、802張影像、航向重疊度65%、旁向重疊度35%、測區(qū)4個角點參與空三區(qū)域定向(測區(qū)面積約3500 km2)的情況下，130個檢查點的平面精度為76.1 cm，高程精度為39.4 cm，完全滿足1∶1萬的地形測繪生產(chǎn)[9-10]。

4 結 語

本次湖南邵陽測區(qū)試驗是一次生產(chǎn)性試驗(國家1∶1萬基礎測繪項目)，首次實施基于SWDC航攝儀的大面積稀少控制航測。試驗區(qū)檢查點的數(shù)量較多(130個，由湖南省測繪三院外業(yè)施測)，并采用刺點方式，對SWDC航測生產(chǎn)在航攝設計和外業(yè)控制點設計等方面有重要的參考價值和借鑒意義。本次試驗可在無GPS地面差分基站、無IMU、有GPS攝站、有構架航線的條件下，在測區(qū)四角刺點的情況下，實現(xiàn)地形困難地區(qū)的稀少控制航測，對于我國地形復雜困難測區(qū)的測繪生產(chǎn)有較大的意義。

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ApplicationofAirSurveyintheSurveyingRegionwithSparseGCPSBasedonDomesticSWDCAerialCamera

ZHANG Jianxia
(The Department of Geography, Min-Jiang University，F(xiàn)uzhou 350108，China)

The field surveying workload is sharply reduced with sparse control photogrammetry. It is possible for the realization of sparse control photogrammetry with the development of GPS aided by air survey. This paper dwells on the theory, the technology flow of GPS-aided triangulation, and classical photogrammetry test in the surveying region with sparse GCPS based on SWDC digital aerial camera. The test result shows that the surveying precision of SWDC meets the demand of the topographic survey with the scale of 1∶10 000. Furthermore, it is testified that the domestic SWDC is able to the application in the surveying region with sparse GCPS.

digital aerial camera; sparse control surveying region; photogrammetry; si wei digital camera; aerial triangulation

張建霞.基于國產(chǎn)SWDC航攝儀的稀少控制航測應用[J].測繪通報，2017(10)：140-142.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0333.

2017-02-06

福建省自然科學基金(2017J01663)；福建省教育廳項目(JAT160397)

張建霞(1975—)，男，博士，副教授，主要從事數(shù)字航空攝影測量的教學與科研工作。E-mail：hpujszjx@163.com

P241

A

0494-0911(2017)10-0140-03