楊海鋒

摘 要：人們對(duì)太空的探索不斷加深，科學(xué)家利用航空攝影向地球傳輸太空照片，然而傳統(tǒng)的航空攝影通常需要在地面設(shè)立野外控制點(diǎn)，通過(guò)這些控制點(diǎn)來(lái)獲得攝影照片，并且應(yīng)用空三加密技術(shù)來(lái)獲得外方位元素。這種傳統(tǒng)的方法對(duì)測(cè)量的要求較高，尤其是在野外的工作量較大，耗費(fèi)較高的人力及資源成本，并且使航拍的難度增大。然而，全球定位系統(tǒng)（GPS）的發(fā)展與成熟，極大的降低了航空攝影的難度，有效的解決了野外控制點(diǎn)的制約和限制，不僅提高了航空攝影的質(zhì)量，同時(shí)還在很大程度上降低了航空攝影的成本。

關(guān)鍵詞：GPS 航空攝影 三角測(cè)量 航空攝影測(cè)量

中圖分類(lèi)號(hào)：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（b）-0042-02

對(duì)于全球定位系統(tǒng)人們并不陌生，并將其成為GPS。全球定位系統(tǒng)已經(jīng)廣泛被應(yīng)用到人們的日常生活當(dāng)中，最為常見(jiàn)的就是汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)，在給人們提供便利的同時(shí)，也極大的降低了人們的生活成本。GPS能夠?qū)Φ乩砦恢眠M(jìn)行快速而準(zhǔn)確的定位，這使其能夠被應(yīng)用到三角測(cè)量中，以解決航空攝影的控制點(diǎn)確定問(wèn)題。同時(shí)，利用DPS能夠在地面上通過(guò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)單的監(jiān)控，其具體的步驟是現(xiàn)在飛機(jī)上利用架設(shè)多臺(tái)GPS接收機(jī)，然后將地面受點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行記錄并連接，利用動(dòng)態(tài)載波DPS實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)定位，獲取離線(xiàn)數(shù)據(jù)后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而確定航空攝影機(jī)的曝光時(shí)間，太空攝影站點(diǎn)在接收到地面發(fā)出的信號(hào)后，在測(cè)定的WGS-84坐標(biāo)系中確定三維坐標(biāo)，將攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差的定義引入后，能夠計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的大地坐標(biāo)。

利用GPS技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于能夠根據(jù)GPS測(cè)得的數(shù)據(jù)盡可能少的設(shè)立地面接收點(diǎn)，在人們的不斷的努力與實(shí)踐過(guò)程中，已經(jīng)確立了GPS技術(shù)在航空攝影中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。由于所設(shè)立的部分地面接收點(diǎn)處于深山老林中，人工測(cè)繪的工作難度非常大，危險(xiǎn)系數(shù)也非常高，更重要的是所測(cè)得的數(shù)據(jù)也并不是非常精確，這對(duì)下一步工作的開(kāi)展造成很大影響。利用GPS技術(shù)來(lái)輔助和強(qiáng)化空三測(cè)量技術(shù)，可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題，不僅在數(shù)據(jù)測(cè)繪方面更加準(zhǔn)確，同時(shí)也節(jié)省了大量的人力與設(shè)備成本。這里結(jié)合重慶江源工程勘察設(shè)計(jì)有限公司在某地的具體測(cè)量情況對(duì)GPS在空中三角測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 項(xiàng)目需求與工作要求

在地面工作的航空攝影測(cè)量人員首先要明確航空攝影分區(qū)的數(shù)量，并確定加密分區(qū)的數(shù)量，獲得構(gòu)架航線(xiàn)的數(shù)量，以此來(lái)準(zhǔn)備符合實(shí)際要求的設(shè)備。在本項(xiàng)目中，技術(shù)人員設(shè)定了4個(gè)航空攝影分區(qū)以及8個(gè)加密分區(qū)，起構(gòu)架航線(xiàn)的數(shù)量為10條。為了保證順利的完成地面三角測(cè)量工作，在地面設(shè)有2個(gè)基準(zhǔn)站、23個(gè)地標(biāo)點(diǎn)以及20個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)符合1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，確保GPS輔助航空攝影空中三角測(cè)量的順利實(shí)施。

2 項(xiàng)目勘踏地標(biāo)點(diǎn)

由于項(xiàng)目監(jiān)控點(diǎn)是距離市區(qū)較遠(yuǎn)的山區(qū)地帶，人們生活水平相對(duì)落后，交通非常不便，這對(duì)項(xiàng)目的開(kāi)展造成很大阻力。根據(jù)項(xiàng)目本身的需求與測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際情況，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚膶?shí)際情況，在山頂、平原、空曠地帶、農(nóng)田、高層建筑上分別架設(shè)地標(biāo)點(diǎn)，這些地標(biāo)點(diǎn)多數(shù)是在山頂及其建筑物的頂端，測(cè)量人員所架設(shè)的測(cè)量點(diǎn)符合航空拍照的標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)上也要符合測(cè)量的要求。

3 項(xiàng)目布置地標(biāo)點(diǎn)

利用GPS輔助空中三角測(cè)量要對(duì)地標(biāo)點(diǎn)采取不同的標(biāo)志進(jìn)行區(qū)分，利用不同的顏色來(lái)進(jìn)行標(biāo)記。地標(biāo)點(diǎn)要與航空拍攝的路線(xiàn)重合，這些地標(biāo)點(diǎn)要覆蓋航空拍攝的范圍，以保證控制滿(mǎn)幅，在相鄰標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置上，其距離要不大于1 km，在基準(zhǔn)站點(diǎn)的設(shè)置上，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行布設(shè)，利用不銹鋼強(qiáng)制對(duì)中中心標(biāo)志。此外，所有的23個(gè)地標(biāo)點(diǎn)在標(biāo)志的設(shè)置上采用一定的圖形，通常為Y形、T形以及方形，在標(biāo)志點(diǎn)的用料方面多采用白油漆和黑油漆，如要粉末標(biāo)注地則采用黑碳粉和白石灰粉，同時(shí)也有應(yīng)用薄膜的情況，并且這些薄膜已經(jīng)被油漆刷上所需要的顏色。

4 項(xiàng)目觀測(cè)

4.1 地面基準(zhǔn)站聯(lián)測(cè)

在地面檢測(cè)站方面，設(shè)備上采用天寶5700型雙頻GPS接收機(jī)，在觀測(cè)時(shí)段上為2小時(shí)，數(shù)據(jù)采樣時(shí)間間隔為30s，觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)目不小于2顆，衛(wèi)星截止高度角為5°，這樣能夠盡量減少其他因素的干擾，確保地面基站的實(shí)際應(yīng)用效果，使航空拍攝能夠順利進(jìn)行。地面上所架設(shè)的2個(gè)基準(zhǔn)站的相關(guān)設(shè)備和儀器部署到位，觀測(cè)次數(shù)分為24h和8h兩次，并將兩次所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，同時(shí)還要對(duì)GPS中的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，利用相關(guān)設(shè)備進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，以確保數(shù)據(jù)的客觀性，進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換所應(yīng)用的軟件是TEQC數(shù)據(jù)預(yù)處理工具軟件，以此來(lái)對(duì)測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)吻合后，應(yīng)用GPS來(lái)協(xié)助完成航空攝影空中三角測(cè)量。據(jù)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，利用GPS輔助航空攝影的空中三角測(cè)量數(shù)據(jù)利用率高達(dá)100%，基礎(chǔ)要求為數(shù)據(jù)利用率要在85%以上，多路徑效應(yīng)的最大值為0.3，基礎(chǔ)要求為小于0.5，這表明利用GPS協(xié)助空中三角測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)，所得數(shù)據(jù)具有極強(qiáng)的可靠性。

4.2 對(duì)空地標(biāo)點(diǎn)觀測(cè)

對(duì)空地標(biāo)點(diǎn)的觀測(cè)同樣采用天寶5700型雙頻GPS接收機(jī)，依托基準(zhǔn)站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)，而地標(biāo)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)時(shí)間為2 h。若對(duì)空地標(biāo)點(diǎn)基準(zhǔn)站的距離在100 km以上時(shí)，地標(biāo)點(diǎn)的最佳監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)（UTC）為2 h～4 h，這樣做的目的是為了提高對(duì)空地標(biāo)點(diǎn)的測(cè)量精度。與地面基準(zhǔn)站聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù)相類(lèi)似，在軟件上同樣采用TEQC數(shù)據(jù)預(yù)處理工具隊(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和檢測(cè)，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4.3 基準(zhǔn)站高程聯(lián)測(cè)

在基準(zhǔn)站高程聯(lián)測(cè)方面，本項(xiàng)目啟于沙田95、沙田96兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)。在具體的基準(zhǔn)站高程聯(lián)測(cè)方面的具體步驟為：在建筑物的附近采用四等水準(zhǔn)精度確立固定點(diǎn)，然后采用電磁波高程導(dǎo)線(xiàn)的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量，最終獲得基準(zhǔn)站高程，并對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，獲得處理結(jié)果，最終在基準(zhǔn)站高程聯(lián)測(cè)方面中所測(cè)量的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。endprint

4.4 GPS輔助空三角測(cè)量數(shù)據(jù)采集

由于存在地面與空中的數(shù)據(jù)交換，同時(shí)存在大量數(shù)據(jù)的傳送，在進(jìn)行GPS輔助空三角測(cè)量數(shù)據(jù)采集時(shí)需要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：首先，要確保地面基準(zhǔn)站的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，保證接受數(shù)據(jù)的精度；其次，基準(zhǔn)站與地標(biāo)點(diǎn)的架設(shè)方面要注意在地勢(shì)的選擇上，要盡量選擇地勢(shì)平坦的地方，或者是植被覆蓋良好的山頂，這有利于地面與空中的“對(duì)話(huà)”，是動(dòng)態(tài)接收機(jī)能夠更加容易的捕捉并接收信號(hào)；其次，在設(shè)計(jì)要求上要根據(jù)衛(wèi)星組合圖形來(lái)確定攝影期間基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)采樣時(shí)間，其最佳時(shí)間間隔為1 s；最后，在觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度（UTC）要符合設(shè)計(jì)要求，在進(jìn)行航空攝影時(shí)，2個(gè)地面基準(zhǔn)站要同時(shí)開(kāi)啟并進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在數(shù)據(jù)收集方面在飛機(jī)起飛前的20 min開(kāi)始，直至飛機(jī)落地不動(dòng)后20 min為止，這期間都要保持GPS接收機(jī)的正常工作，進(jìn)而獲得同步的GPS數(shù)據(jù)，并對(duì)所測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，確保檢測(cè)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

4.5 機(jī)載GPS天線(xiàn)偏心分量測(cè)定

從航空攝影的角度來(lái)進(jìn)行分析，采用GPS動(dòng)態(tài)定位時(shí)刻時(shí)，與攝影機(jī)上的時(shí)刻并不同步。GPS動(dòng)態(tài)位解算后，可以得出一套連續(xù)的坐標(biāo)序列，為了使攝站的位置更為精確，需要將偏心矢量的因素考慮在內(nèi)，根據(jù)坐標(biāo)序列中內(nèi)插攝影機(jī)在進(jìn)行攝影的瞬間所有用的中心位置，也就是攝影機(jī)在進(jìn)行拍攝時(shí)的站位置。航空攝影在進(jìn)行拍攝的瞬間，利用天線(xiàn)來(lái)對(duì)相位中心進(jìn)行推算，進(jìn)而計(jì)算出推算的值。這個(gè)結(jié)果與GPS采樣的時(shí)間間隔由很大關(guān)系，因而必須要關(guān)注曝光瞬間時(shí)間內(nèi)插的精度，確保航空攝影的準(zhǔn)確性。在高精度GPS測(cè)量中，通常會(huì)內(nèi)置內(nèi)插器（CET），利用內(nèi)插器來(lái)將曝光時(shí)間插入。航空飛機(jī)在工作的過(guò)程中，攝影機(jī)在進(jìn)行拍攝的同時(shí)將會(huì)放出一個(gè)同步脈沖，在利用計(jì)算機(jī)對(duì)脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，即可將曝光時(shí)間歸化為GPS時(shí)間，進(jìn)而獲得某一曝光瞬間攝影站的空間位置。

5 檢查

5.1 檢測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)

在航空攝影傳輸回?cái)z影航拍像片后，為了檢驗(yàn)整合項(xiàng)目的質(zhì)量和水準(zhǔn)，可在第5加密區(qū)選擇2個(gè)地物點(diǎn)作為地標(biāo)點(diǎn)；在第8加密區(qū)選擇4個(gè)地物點(diǎn)作為地標(biāo)點(diǎn)，并輔以20個(gè)檢測(cè)點(diǎn)同時(shí)對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)。在點(diǎn)位分布中，大部分點(diǎn)位于基準(zhǔn)站之間的距離都在100 km以上，基準(zhǔn)站、地標(biāo)點(diǎn)、檢測(cè)點(diǎn)之間的聯(lián)測(cè)時(shí)間不小于3 h，采樣時(shí)間間隔為15 s，衛(wèi)星數(shù)不小于4顆，衛(wèi)星截止高度角為15°。數(shù)據(jù)分析與檢測(cè)采用TEQC進(jìn)行，所得數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 檢測(cè)區(qū)等外水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)

為了對(duì)高程進(jìn)行檢驗(yàn)，以1985國(guó)家高程基準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)，在3個(gè)地標(biāo)點(diǎn)與26個(gè)檢測(cè)點(diǎn)實(shí)施水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，并對(duì)4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)和3個(gè)地標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行四等水準(zhǔn)精度的電磁波高程導(dǎo)線(xiàn)聯(lián)測(cè)，所測(cè)數(shù)據(jù)精度指標(biāo)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)論

本項(xiàng)目需要技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際地形來(lái)設(shè)立地標(biāo)點(diǎn)，并且根據(jù)地標(biāo)點(diǎn)明確測(cè)量點(diǎn)的位置，并對(duì)潛在的干擾因素進(jìn)行排查。在數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度方面，運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行核查，確保數(shù)據(jù)精度符合標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的工作。本項(xiàng)目成功測(cè)量向我們展示出GPS在空中三角測(cè)量的實(shí)際應(yīng)用，指明了運(yùn)用GPS進(jìn)行動(dòng)態(tài)定位所具有的優(yōu)勢(shì)，不僅降低了人工作業(yè)的難度和強(qiáng)度，提高工人的工作效率，還節(jié)省了測(cè)量項(xiàng)目的成本。本次測(cè)量項(xiàng)目的成功展示出GPS在航空攝影輔助空中三角測(cè)量中的應(yīng)用，表明這項(xiàng)技術(shù)擁有較為廣闊的發(fā)展空間，應(yīng)用到測(cè)量技術(shù)方面能夠?yàn)闇y(cè)量工作帶來(lái)極大便利。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙俊羽.GPS輔助空中三角測(cè)量在大比例尺航空攝影測(cè)量中的實(shí)驗(yàn)研究[M].昆明理工大學(xué)，2010（11）.

[2] 袁修孝，李德仁.GPS輔助空中三角測(cè)量的若干探討[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，1997（2）.

[3] 李丑榮，李興梅.GPS輔助空中三角測(cè)量在酒泉、敦煌測(cè)區(qū)的應(yīng)用[C]//中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)九屆三次理事會(huì)暨2007年“信息化測(cè)繪論壇”學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2007（11）.endprint