河南省測(cè)繪工程院 牛永力

GPS在航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用

河南省測(cè)繪工程院 牛永力

一、航空攝影測(cè)量概述

1.航空攝影定位方法。航空攝影測(cè)量在定位方面有空對(duì)地和地對(duì)空2種方法。空對(duì)地方法是用各種直接測(cè)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(huì)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(duì)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(cè)量多是采用全數(shù)字化攝影測(cè)量成圖?；咀鳂I(yè)流程為：航空攝影，外業(yè)像控點(diǎn)的測(cè)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(cè)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(cè)量方法測(cè)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(cè)外業(yè)控制聯(lián)測(cè)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(cè)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(cè)量和非攝影測(cè)量觀測(cè)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(cè)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(shí)，就可以進(jìn)行像控點(diǎn)的聯(lián)測(cè)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(cè)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(dòng)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(shí)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(hào)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(cè)定。

2.進(jìn)行飛行拍攝。根據(jù)拍攝區(qū)的范圍，布設(shè)多個(gè)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(duì)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(hào)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(cè)量在周口測(cè)區(qū)中的應(yīng)用

1.任務(wù)概況。為了滿足周口測(cè)區(qū)測(cè)繪工程的需要。需要在測(cè)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(cè)繪。

2.航空攝影。在測(cè)區(qū)利用ADS80航攝儀進(jìn)行攝影。航攝時(shí)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(cè)區(qū)中部2個(gè)已知D級(jí)GPS控制點(diǎn)上，用2臺(tái)天寶5700雙頻GPS接收機(jī)架設(shè)在控制點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè)。

3.像控點(diǎn)布設(shè)及聯(lián)測(cè)。

（1）像控點(diǎn)布設(shè)。在處理飛行數(shù)據(jù)后，在測(cè)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(gè)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(cè)。在28個(gè)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(cè)采用HNCORS系統(tǒng)進(jìn)行，每個(gè)像控點(diǎn)目標(biāo)均測(cè)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(tái)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(shí)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(gè)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(cè)數(shù)據(jù)，聯(lián)合機(jī)載GPS和慣性測(cè)量單元數(shù)據(jù)以及航攝時(shí)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(cè)量?？罩腥菧y(cè)量的目的是獲得數(shù)字?jǐn)z影測(cè)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(dòng)空中三角測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行加密，測(cè)區(qū)劃分為1個(gè)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(shí)，像控制點(diǎn)的量測(cè)采用人工觀測(cè)。加入IMU輔助航空攝影得到的6個(gè)外方位元素初值作為帶權(quán)觀測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)處理精度及各種限差均滿足技術(shù)要求?？杖讲罴用艹晒?jīng)外業(yè)檢測(cè)點(diǎn)驗(yàn)證時(shí)符合精度要求。

5.立體測(cè)圖。在完成空中三角測(cè)量后，根據(jù)測(cè)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(cè)繪產(chǎn)品的生產(chǎn)。

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

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