基于ADS100數碼航空攝影系統航測數據的精密單點定位技術研究

李志文 劉元志

摘 要：本文介紹了精密單點定位的基本原理，提出了用數碼航空攝影系統徠卡ADS100航測數據對單點定位技術進行研究，比較了基站差分、CORS站差分與精密單點定位技術處理POS結果的差異，分析了產生差異的一些原因，同時也比較了用這三種方法處理后的POS進行區域網平差的精度。實驗表明，在有控制點的情況下，三種方法獲得的平差精度基本一致，能滿足1：2000正射影像圖制作要求；即使在無控的條件下，用精密單點定位處理ADS100初始POS也能滿足1：5000正射影像圖制作要求。

關鍵詞：精密單點定位；基站；CORS站；差分；ADS100；精度

0 引言

精密單點定位PPP（Precise Point Position）就是所謂的非差相位單點定位。該方法是先用全球IGS（國際GPS地球動力學服務局）站數據計算衛星軌道參數和鐘差，再采用單點的雙頻載波相位和偽距觀測值進行非差定位處理。由于IGS精密星歷精度可達到厘米級，航空攝影時無需在測區架設地面差分站就可獲得0.2～0.4m級的定位精度[1]。

精密單點定位技術在航攝時無需架設地面基站。這對于大范圍的航空攝影來說，大大減少了人力、物力和財力的投入，特別是對一些條件艱苦無法架設基站的地區，具有非常重要的意義。近幾年來，精密單點定位技術在航空攝影中被大量的實驗研究和推廣應用。

這里利用國內最先進的數碼航空攝影系統徠卡ADS100航測相機對精密單點定位技術在寧遠縣攝區進行研究，并與基站差分技術、CORS站差分技術進行比較分析，證實精密單點定位技術在ADS100航空攝影測量應用中的可行性。基本思路如圖1。

1 精密單點定位基本原理

精密單點定位采用雙頻載波觀測值的組合觀測值，設某一歷元t觀測值誤差方程為

式中，為觀測誤差，j為衛星號，為信號發射時刻的衛星位置到信號接收時刻接收機位置之間的幾何距離，為接收機鐘差，為對流層延遲影響，為消除了電離層影響的組合觀測值的整周未知數，為相應觀測歷元時消除了衛星鐘差、電離層影響的組合觀測值，為相應的波長，為多路徑和觀測噪聲誤差。

雙頻接收機可利用LC相位組合消除電離層延時的影響。在進行精密單點定位時，首先要利用偽距測量值確定載波相位觀測值的模糊度，再按照已知的衛星軌道、衛星鐘差，加入各項誤差改正，逐歷元進行點位坐標解算。

采用精密單點定位技術，單臺雙頻接收機可以在全球范圍內實現高精度單點定位，而無測站間距離的限制。隨著星歷數據精度的不斷提高，其定位精度可達厘米級。

2 ADS100數字航空攝影測量應用研究

2013年12月，利用徠卡ADS100線陣數字航測相機及集成POS系統（IMU/GPS）對寧遠縣區域獲取優于0.2米地面分辨率的航空影像數據。寧遠攝區地形起伏較大，為盡量滿足高低處的旁向重疊度，旁向重疊度設在35%左右。

POS數據的處理中，采用徠卡的IPAS TC軟件系統對定位定姿數據分別進行基站差分處理、CORS差分處理及精密單點定位計算。其中，基站接收頻率為0.5s，CORS站接收頻率為1s，PPP計算中采用了IGS提供的事后精密星歷數據，其衛星軌道PDOP（位置精度強弱度）值比較好，最大不會超過3，精度能夠達到2～3cm，衛星間隔30s的鐘差精度優于0.1ns，滿足精確定位的要求。

3 與差分定位技術比較和分析

基站差分定位技術是利用已有的點位或現測的高精度GPS點為基準站，為流動站提高改正參數；CORS-GPS差分定位技術是利用CORS系統提供的修正信息來確定流動站的精確點位。

用IPAS TC軟件對ADS100初始POS數據進行基站差分計算、CORS-GPS差分和PPP計算后，對結果進行了比較。

精密單點定位技術和兩差分技術對POS的處理結果存在一定的差異，表現在以下幾點：（1）基站和CORS站差分處理結果在三個方向上幾乎一樣，這是因為，雖然CORS精度比基站精度要高，但是這次實驗CORS接收頻率為1s，而基站接收頻率為0.5s，所以最終得到的pos數據差不多。（2）PPP技術和CORS站處理結果對比，X方向坐標差范圍為-0.18～-0.05，Y方向差值范圍為0.30～0.55，Z方向為-0.28～0.00。這種差異是因為：①盡管IGS提供的衛星鐘差和軌道信息精度已經很高，與衛星有關的誤差可以得到改正，但由接收機和信號傳播帶來的誤差對GPS觀測數據仍然存在一定的影響，而差分模型中，各種誤差大都能被雙差過程消除。②由于地球表面板塊運動和潮汐影響，參考歷元和觀測歷元的站坐標是有不同的，從中國大陸速度場得知，點向東南方向順時針運動速度一般為3～5cm/年，從2002年WGS84最近一次更新至今已有十幾年的歷史，所以點在Y方向上有0.5m的運動是可以理解的，因此精密單點定位技術最終需要控制點將觀測坐標歸算到參考歷元下的坐標系。

在作業區布設20個控制點、10個檢查點，利用三種技術對POS數據進行解算處理，再用徠卡的空三軟件XPro進行區域網平差，各種情況下的平差結果如表1所示。

從表1可看出，精密單點定位和兩差分技術的平差結果主要表現為：①無控制點平差差別最大，特別是Y方向，這與前面解算的POS結果相一致；②利用20個控制點對POS結果進行約束糾正，這三種方法結果精度差不多。所以，利用精密單點定位技術和差分定位技術一樣，都可用于GPS輔助攝影測量，在無控制點的情況下，滿足1：5000成圖比例尺要求；在有控制點情況下，可滿足1：2000成圖比例尺要求。

4 結論

研究表明，利用ADS100航測數據，無需地面差分站，只需少量地面控制點，利用精密單點定位技術可滿足1：2000正射影像圖制作要求，節約了生產成本，解決了地形復雜區難以設基站的問題。

GPS精密單點定位技術在高精度動態導航定位及衛星定軌方面有不可限量的應用前景；但由于IGS獲取的精密星歷存在時間上一般幾天的延遲，且用于精密單點定位功能的商用軟件不多，所以精密單點定位在生產單位沒有得到很好的推廣應用。本次實踐證明，精密單點定位在數字航空攝影測量中有著重要的意義，減少了外業工作量，節約了生產成本，值得大量推廣。

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