ＧＰＳ在航測像控中的應用

黃軍明　陳　功　裴良臣

摘 要： 隨著新技術的發展，特別是GPS定位技術發展，為航測像控測量帶來了變革.如何應對這些變革，提高像控測量的效率與質量，是當前像控測量的重要問題。本文分析了新技術的優缺點，根據相關研究，總結了新技術條件下像控測量的新特點。

關鍵詞：航測；像控點；精密單點定位

中圖分類號：P228.1 文獻標識碼：A 文章編號：1005-569X(2009)01-0061-02

1 引 言

隨著航空攝影測量在各個測繪應用領域的普及, 關于影像像控點的測量任務在各生產單位也日趨增多。像控點測量是指根據像片上內業的布點方案, 在實地根據影像的灰度和形狀找到并確定像控點的位置, 聯測求解該點平面坐標及其高程。像控測量的傳統方法是: 平面坐標采用常規測量方法, 即在高等級控制點上進行導線測量方式測定,高程測量則采用圖根水準測量或進行三角高程測量。無疑, 由于航攝面積較廣, 傳統像控點測量方法作業相當艱苦, 且工作量大, 效率低, 作業周期長。

目前像控作業基本采用GPS進行測量，GPS 定位技術以其布網靈活方便、作業周期短、勞動強度低、生產效率高等優點廣泛應用于諸多測繪領域, 保證了以最快速度滿足用戶用圖的需要, 極大地提高了工作效率。在高等級的架空送電線路勘測設計中已經得到了廣泛地應用，已經是線路設計的主要數據獲取方式。與此同時，GPS定位技術以及數字航攝儀成像技術也得到了長足的進步，對像控測量技術也產生了影響。本文正是討論在新技術條件下，航測像控測量如何應對這些變革。

2 GPS像控測量

根據生產實際及對相關參考文獻的查閱,生產單位利用GPS 進行像控點測量的方法基本劃分為三種: 經典靜態測量、快速靜態測量、RTK測量。這三種方法基本是根據GPS 技術的發展而提出來的，簡單介紹一下目前最常用的GPS像控測量模式。

（1）GPS 靜態相對定位是GPS 最經典的定位方式,它在大地測量領域得到廣泛應用。其作業原理是通過組成雙差觀測值消除接收機鐘差、衛星鐘差等公共誤差, 削弱對流層延遲、電離層延遲等相關性強的誤差影響, 從而達到提高精度的目的。這種方式不需考慮復雜的誤差模型, 解算模型簡單、待估參少、定位精度高, 同時利用了雙差模糊度的整數特征, 因而得到廣泛使用。其不足之處在于: 作業時需至少一臺接收機置于基準站上連續觀測, 影響了作業效率, 提高了作業成本; 隨著用戶站與基準站距離的增加, 對流層延遲、電離層延遲等誤差的相關性減弱, 為達到預期精度, 必須相應延長觀測時間, 一般在一小時左右, 在作業條件差的情況下甚至更長。

（2）經典的靜態相對定位又提出了快速靜態定位。其基本方法是: 在測區的中部選擇一個基準站(或參考站),并安置一臺接收機, 連續跟蹤所有可見衛星; 另一臺接收機, 依次到各點流動設站, 并靜止觀測數分鐘, 以便按快速解算整周未知數的方法解算整周未知數; 觀測中必須至少跟蹤4 顆衛星; 接收機在流動站之間移動時, 不必保持對所測衛星的連續跟蹤, 因而可關閉電源。GPS 快速靜態定位具有精度高、成本低、速度快、測量成果可靠及實際操作靈活簡便等優點。但它作業范圍較小, 因為諸多誤差都隨距離的增長而使得相關性減弱, 以至不能正確解算模糊度。在當前送電線路像控測量中，多采用該方式。

（3） RTK測量的基本方法原理是將一臺GPS 接收機設置成參考站, 架設在基準站上進行觀測。根據基準站已知精密坐標, 計算出基準站到衛星的距離改正數, 并由基準站的專用電臺實時地將這一改正數發送出去。流動站在進行GPS 觀測的同時, 也接收到基準站的坐標轉換參數, 并對其實時定位的結果進行改正, 從而提高定位精度。

3 GPS非差相位精密單點定位

當前，有關研究人員又提出了利用非差相位精密單點定位技術，已經得到了生產應用，精度與可靠性也得到了證明，將其引入像控測量，將會對航測像控測量帶來變革。

GPS 非差相位精密單點定位是最近幾年剛發展起來的一項GPS 定位新技術, 其思路是先利用全球若干IGS 跟蹤站的GPS 觀測數據計算出精密衛星軌道參數和衛星鐘差, 再以單臺雙頻GPS 接收機采集的非差相位數據作為主要觀測值來進行單點定位計算, 相關研究表明，其靜態定位精度可達分米級甚至厘米級, 動態定位能達到分米級。由于它可利用單臺接收機在全球范圍內進行靜態或動態獨立作業, 并且能直接得到高精度的ITRF 框架坐標。

根據上面的描述, 可以得出GPS 非差相位精密單點定位在像控測量中較靜態定位或RTK還存在以下突出的優勢:

（1）外業作業更簡單。現存在的幾種作業方式都需要兩臺或兩臺以上的接收機, 靜態測量還需要時間上的同步, RTK 需要在基準站準備好了才能作業, 精密單點定位只要一臺接收機就可以作業, 并在時間上沒有要求, 工作人員到點即可以施測。

（2）點位精度均勻穩定, 整體精度連續性強。靜態測量或RTK測量在測區較大的情況下, 通常要進行分區施測, 這將導致成果轉化的時候不一致, 存在某些系統誤差。GPS 非差相位精密單點定位得到的是高精度的ITRF 框架坐標, 它與作業面積的大小沒有關系, 因此成果只有一套轉換參數, 精度是均勻的。

（3）與其它差分定位模型相比, 非差精密單點定位模型具有可用觀測值多, 保留了所有觀測信息,能直接得到測站坐標, 不同測站的觀測值不相關,測站與測站之間無距離限制等優點。

當然, GPS 非差相位精密單點定位也存在不足,即在數據解算的時候要從IGS 數據分析中心免費下載衛星精密軌道、精密鐘差等數據產品, 而這些產品在時間上一般有幾天的延遲。另外，由于是單點定位，缺乏必要的檢測條件，因此在施測的過程中，需要加強檢校。

4 GPS像控測量模式的選擇

經典的GPS 靜態測量、快速靜態測量、GPS-RTK技術都已經成功地被生產單位運用到像控測量中, 實踐也證明上述方法的可靠性和高效性。非差相位精密單點定位進行測量的方法,有著獨特的優越性, 應在生產單位加以推廣, 這將進一步節省人力和物力。當然, 我們在實際生產中, 不要拘泥于某種觀測模型, 可以根據作業環境靈活運用上面的多種觀測方法。比如測區交通便利, 人員充足, 精度要求較高則運用經典靜態定位; 測區小則運用快速靜態定位; 測區平坦則用RTK; 在山區則運用非差相位精密單點定位，當然也需要進行必要的質量檢查，以保證像控測量的可靠性；在一個項目工程中合理地運用上面的方法, 將會達到事半功倍的效果。

參考文獻：

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