GPS在航空攝影測量中的應用

河南省測繪工程院 牛永力

GPS在航空攝影測量中的應用

河南省測繪工程院 牛永力

一、航空攝影測量概述

1.航空攝影定位方法。航空攝影測量在定位方面有空對地和地對空2種方法。空對地方法是用各種直接測量方法求出攝影機或傳感器的空間位置和姿態，然后用前方交會的方法，確定照片上任一目標在實際空間中的位置。而地對空方法是利用已知空間坐標的若干地面控制點及其在照片上的構象，先求出照片的外方位元素，進而可確定出照片上任一目標的空間位置。

2.航空攝影作業流程。目前，常用的航空攝影測量多是采用全數字化攝影測量成圖。基本作業流程為：航空攝影，外業像控點的測量及照片調繪，像控點采用平面區域網布點，航內區域網電算加密，全數字化攝影測量成圖，編制數字化產品。

3.確定控制點坐標。長期以來人們主要是利用各種測量方法測定在照片上滿足良好分布條件的若干控制點坐標；進行野外照片的判讀與調繪。航測外業控制聯測工作量非常繁重，隨著GPS技術的不斷成熟，利用載波相位差分法和GPS定位方法，可以精確地測定攝影中心的三維空間坐標。并將他們作為輔助數據與攝影測量和非攝影測量觀測值一起進行區域網聯合平差，GPS數據將能大大地提高區域網的精度和可靠性，大大地節省區域網平差所需要的地面控制點。

二、G PS用于航外控制聯測的方法

首先，需要進行航空攝影，拍攝符合技術要求的航攝照片。其次，在取得經過處理的照片時，就可以進行像控點的聯測工作。最后，根據像控點的布設方案選點，進行外業數據檢核和內業平差計算。

三、進行G PS輔助空中三角測量的步驟

1.進行航攝的準備工作。首先，確定機載高動態GPS天線的類型，GPS天線應符合航空產品的規范。把GPS天線安裝在飛機上。固定攝影機位置，攝影機最好置于相位天線的正下方。把GPS天線通過放大器與GPS接收機相連，同時把GPS接收機中的事件標示器（Event Marker）與航空攝像儀的曝光信號脈沖輸出端相連接。進行GPS接收天線相位中心與攝影機后節點（也是投影中心）的偏心測定。

2.進行飛行拍攝。根據拍攝區的范圍，布設多個基準站，站間的距離不大于40 km。利用GPS導航進行航空攝影，把GPS與計算機相連，對設定的航線進行飛行拍攝。加裝垂直構架，由于每條航帶上都可能出現信號失鎖、周跳或是不同期飛行的情況，為了使空中三角網穩定可解，加裝垂直構架航帶是十分必要的。

四、G PS測量在周口測區中的應用

1.任務概況。為了滿足周口測區測繪工程的需要。需要在測區規劃區和發展區面積約為200 km2的范圍進行攝影和大比例地形圖測繪。

2.航空攝影。在測區利用ADS80航攝儀進行攝影。航攝時采用于GPS地面基準站相配合的作業方式，基準站架設在測區中部2個已知D級GPS控制點上，用2臺天寶5700雙頻GPS接收機架設在控制點上進行觀測。

3.像控點布設及聯測。

（1）像控點布設。在處理飛行數據后，在測區四角和中心選取少量像控點進行布設，共布設了28個像控點。像控點的選定均按室內規范要求和照片條件進行。

（2）聯測。在28個像控點都進行實地選點按照。像控點平面坐標的聯測采用HNCORS系統進行，每個像控點目標均測3次，取3次平均值為像控點成果值。

4.數據預處理。ADS80是1臺基于三線陣推掃式航攝像機，它集成了數據定位系統，可以在航攝的同時獨立記錄GPS相位中心的精確位置和高頻記錄（IMU）的姿態數據，在進行GPS和IMU數據聯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信息。通過內插可以得到每1個掃描線曝光瞬間的投影中心的空間位置和姿態數據。

（1）外方位元素求解。ADS80內業解算主要是基于GPro、IPAS、APM和Orima軟件進行計算的，在航飛結束后，利用同步基站GPS觀測數據，聯合機載GPS和慣性測量單元數據以及航攝時間記錄進行解算，獲得投影中心精確的空間位置和姿態數據。

（2）空中三角測量。空中三角測量的目的是獲得數字攝影測量內業所需的照片內外方位元素和數字影像糾正點等元素數據。本項目使用ORIMA自動空中三角測量系統進行加密，測區劃分為1個加密單元。采用IMU輔助空三技術手段，用地面基站加外業像控點處理數據。在引入外業像控點大地坐標進行區域網的聯合平差計算時，像控制點的量測采用人工觀測。加入IMU輔助航空攝影得到的6個外方位元素初值作為帶權觀測值參與平差，再用加密成果進行定向。無約束平差和約束平差空中三角測量數據處理精度及各種限差均滿足技術要求。空三平差加密成果經外業檢測點驗證時符合精度要求。

5.立體測圖。在完成空中三角測量后，根據測區范圍和模型進行1：500和1：1 000大比例尺地形圖內業測繪產品的生產。

綜上，近年來GPS動態定位技術的飛速發展，給航空攝影測量技術帶來了巨大的發展，該技術在測繪工程的實用，大大促進了航空攝影測量在國內測繪業的進步。GPS輔助光束法區域網空中三角測量平差技術，將大大減少外業照片控制聯測的任務量，縮短了生產周期，降低了生產成本。給航空攝影測量的大規模推廣應用提供了廣闊的前景。

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