基于航空測量試驗的數(shù)據(jù)獲取與處理方法探討

蘇永奇

摘 要：該文以POS輔助航空攝影測量和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理為研究對象，論文首先分析了POS的工作原理，進而探討了以內(nèi)蒙古某地區(qū)航攝測量為背景的POS輔助航攝測量試驗，論文詳細探討了整個試驗的流程和方法，給出了試驗結(jié)論，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：POS 航空攝影測量 輔助 試驗 RC-30

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（a）-0066-02

隨著航空攝影測量技術(shù)和慣性導航技術(shù)的發(fā)展，一種新的方法開始應用于航空攝影測量——定位定向系統(tǒng)（Position and Orientation System，簡稱POS系統(tǒng)）輔助航空攝影。機載POS系統(tǒng)集GPS技術(shù)與慣性導航技術(shù)于一體，使準確地獲取航攝相機曝光時刻的外方位元素（GPS測量得到位置參數(shù)，慣性導航系統(tǒng)得到姿態(tài)參數(shù)）成為可能，從而實現(xiàn)了無（或少量）地面控制點，甚至無需空中三角測量加密工序，即可直接定向測圖，從而大大縮短航空攝影作業(yè)周期、提高生產(chǎn)效率、降低成本。因此，POS系統(tǒng)的出現(xiàn)，將從根本上改變傳統(tǒng)航空攝影的方法，進而引起航空攝影理論與技術(shù)的重大飛躍。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展及其慣性、GPS器件精度水平的提高，POS無論定位定向精度還是實時數(shù)據(jù)處理能力都會有質(zhì)的提高，將會在航空攝影測繪方面發(fā)揮越來越重要的作用。POS系統(tǒng)高精度定位定向技術(shù)是POS系統(tǒng)應用的關(guān)鍵技術(shù)，它的研究可以極大的推動POS系統(tǒng)的發(fā)展。

1 試驗概況

POSAV510輔助RC30相機在2006年內(nèi)蒙古地區(qū)進行了兩次試驗飛行。根據(jù)試驗的目的和技術(shù)要求，結(jié)合實際工作的需要選定試驗測區(qū)。測區(qū)內(nèi)分布有水系河流、城鎮(zhèn)市區(qū)、山區(qū)和主要交通道路等典型地形地貌，較有利于對設備精度的評估。選擇了1：10000和1：40000兩個攝影比例尺。如表1所示。

2 試驗區(qū)控制點的布設

為了對POS的精度作出客觀的評估，在內(nèi)蒙古某試驗區(qū)內(nèi)根據(jù)《GB/T13977-921：5000、1：10000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》、《GB/T13990-92 1：5000、1：10000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》、《P0S/TRACKER系統(tǒng)應用航空攝影試飛方案》技術(shù)設計書進行試驗區(qū)控制點布設。

2.1 A區(qū)控制點布設方案

根據(jù)《POS/TRACKER系統(tǒng)試驗區(qū)航空攝影技術(shù)設計書》要求，A區(qū)范圍覆蓋6幅（3x2）1：50000地形圖。依據(jù)關(guān)于1：50000比例尺成圖丘陵地和山地的區(qū)域網(wǎng)布點及構(gòu)架航線的布點要求，A區(qū)控制點布設如圖1所示。

2.2 B區(qū)控制點布設方案

根據(jù)《POS/TRACKER系統(tǒng)試驗區(qū)航空攝影技術(shù)設計書》要求，B區(qū)范圍覆蓋2幅（1*2）1：10000地形圖。關(guān)于1：10000比例尺成圖平地的區(qū)域網(wǎng)布點要求，同時結(jié)合檢校場控制點布設要求。B區(qū)控制點布設如圖2所示。

為了提高量測精度，在像片上更準確地判別出控制點的位置，本次試驗在B區(qū)采用了先布控后飛行的方法。根據(jù)控制點周圍的環(huán)境情況，對B區(qū)100平方公里內(nèi)的42個控制點分別用埋石、砸木樁及鐵釘?shù)姆椒▽⒖刂泣c標記到位，其中大標石6個（預計作為檢校場控制點永久保留）、小標石11個、木樁19個、鐵釘6個。為了使控制點在像片上容易判別，飛行前對測區(qū)100平方公里內(nèi)的42個控制點進行標志布設。根據(jù)控制點的情況，采用l m×l m的標志布和刷漆等辦法，在飛機起飛前將標布設到位。

3 基準站布設

為保證POS輔助航空攝影飛行，需要在測區(qū)內(nèi)布設基準站。考慮到基準站觀測數(shù)據(jù)備份和檢核，根據(jù)測區(qū)大小和試驗為中、小比例尺航攝的特點，按照GB/T18314與GJB2228-1994規(guī)定的GPS基準站選址原則，結(jié)合已知大地測量控制成果，并經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，在攝區(qū)內(nèi)布設1個地面GPS基準站。同時為了驗證基準站距離對測量精度的影響，在寶雞（距測區(qū)約200 km）和鄭州（距測區(qū)約500 km）地區(qū)分別布設長基線和超長基線GPS基準站。

4 航攝飛行

根據(jù)《POS/TRACKER系統(tǒng)試驗區(qū)航空攝影技術(shù)設計書》和《POS/TRACKER系統(tǒng)試驗區(qū)航空攝影實施計劃》，共飛行5架次，完成了試驗區(qū)1：10000及1：40000的航攝工作，獲取了1：10000、1：40000有效黑白像片323片，l：10000彩色有效像片133片隨后再次完成POS輔助RC30相機B區(qū)1：10000飛行。

5 POS外方位元素解算

（l）偏心角解算。在1：10000黑白影像掃描完畢，獲得檢校場像控測量數(shù)據(jù)以及檢校場空三加密數(shù)據(jù)后，結(jié)合POS原始數(shù)據(jù)及基準站數(shù)據(jù)，利用PosPac軟件中的PosGPs、PosPro及CalQc模塊對偏心角進行解算，獲得了305 mm鏡頭進行1：10000飛行時的偏心角。同時解算出152 mm鏡頭進行1：40000飛行時的偏心角。（2）像片外方位元素的解算。將獲得的偏心角輸入PosPac軟件的PosPEO模塊進行解算，獲得像片的外方位元素EO。

6 空三處理

由于現(xiàn)有的海拉瓦軟件和適普軟件都不支持POS數(shù)據(jù)的空三處理，因此數(shù)據(jù)后期的空三解算采用了Leica公司的LPS軟件。在LPS中建立與EO數(shù)據(jù)坐標相一致的工程，進行了直接定向法和POS輔助空三法兩種方法的試驗。

直接定向法。在LPS中建立工程，輸入試驗區(qū)影像，生成縮小片。在自動完成內(nèi)定向后，在Fiducial orientation and Exterior Orientation Parameter Editor直接輸入EO解算出的外方位元素，將其作為確定值，試驗區(qū)的立體即可完全恢復，最終進行精度檢測。POS輔助空三法。前期與直接定向法一致，不過在輸入外方位元素后，將其設為初始值，再按直接定向法檢測出的精度給出一個外方位元素合適的標準方差。進入Orima軟件，通過APM選點，判讀合適的控制點，進行平差解算，最后將結(jié)果寫出。退回到LPS中，進行精度檢測。試驗進行了僅有連接點無控制的平差、加入1個控制點的平差、加入4個控制點的平差。

7 POS數(shù)據(jù)直接定向精度分析研究

在內(nèi)定向結(jié)束后，輸入RC30的POS數(shù)據(jù)"按照LPS中影像的數(shù)據(jù)順序，依次將其對應的EO數(shù)據(jù)拷貝到相應的位置，獲得POSEO數(shù)據(jù)直接定向的結(jié)果。

（1）200X年B區(qū)直接定向，精度已經(jīng)可以滿足1：10000成圖要求；（2）200X年B區(qū)直接定向，平面精度可以滿足1：10000成圖要求，但高程精度超限。這是因為我國的外業(yè)大地高均為ITRF97或與其相似的框架下的大地高，而我們所采用的EO數(shù)據(jù)的大地高是初始WGS84的大地高，兩者之間有固定差，在引入一個控制點平差后，高程精度馬上符合精度要求。

8 結(jié)論

通過本次課題試驗精度分析，POS輔助RC3相機航攝，在成小于1：10000地形圖時，可采用直接定向的方法。在成1：10000或更大比例尺地形圖時，應采用POS輔助空中三角測量的方法。

參考文獻

[1] GB/T 19294-2003.航空攝影技術(shù)設計規(guī)范[S].

[2] GB/T 15661.1：5000 1：10000 1：25000 1：50000 1：100000地形圖航空攝影規(guī)范[S].

[3] GB/T 13990-1992.1：5000、1：10000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范[S].