基于航空測量試驗的數據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業數據處理為研究對象，論文首先分析了POS的工作原理，進而探討了以內蒙古某地區航攝測量為背景的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，給出了試驗結論，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：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和慣性導航技術的發展，一種新的方法開始應用于航空攝影測量——定位定向系統（Position and Orientation System，簡稱POS系統）輔助航空攝影。機載POS系統集GPS技術與慣性導航技術于一體，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，慣性導航系統得到姿態參數）成為可能，從而實現了無（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周期、提高生產效率、降低成本。因此，POS系統的出現，將從根本上改變傳統航空攝影的方法，進而引起航空攝影理論與技術的重大飛躍。隨著計算機技術的發展及其慣性、GPS器件精度水平的提高，POS無論定位定向精度還是實時數據處理能力都會有質的提高，將會在航空攝影測繪方面發揮越來越重要的作用。POS系統高精度定位定向技術是POS系統應用的關鍵技術，它的研究可以極大的推動POS系統的發展。

1 試驗概況

POSAV510輔助RC30相機在2006年內蒙古地區進行了兩次試驗飛行。根據試驗的目的和技術要求，結合實際工作的需要選定試驗測區。測區內分布有水系河流、城鎮市區、山區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 試驗區控制點的布設

為了對POS的精度作出客觀的評估，在內蒙古某試驗區內根據《GB/T13977-921：5000、1：10000地形圖航空攝影測量外業規范》、《GB/T13990-92 1：5000、1：10000地形圖航空攝影測量內業規范》、《P0S/TRACKER系統應用航空攝影試飛方案》技術設計書進行試驗區控制點布設。

2.1 A區控制點布設方案

根據《POS/TRACKER系統試驗區航空攝影技術設計書》要求，A區范圍覆蓋6幅（3x2）1：50000地形圖。依據關于1：50000比例尺成圖丘陵地和山地的區域網布點及構架航線的布點要求，A區控制點布設如圖1所示。

2.2 B區控制點布設方案

根據《POS/TRACKER系統試驗區航空攝影技術設計書》要求，B區范圍覆蓋2幅（1*2）1：10000地形圖。關于1：10000比例尺成圖平地的區域網布點要求，同時結合檢校場控制點布設要求。B區控制點布設如圖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區采用了先布控后飛行的方法。根據控制點周圍的環境情況，對B區100平方公里內的42個控制點分別用埋石、砸木樁及鐵釘的方法將控制點標記到位，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100平方公里內的42個控制點進行標志布設。根據控制點的情況，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，需要在測區內布設基準站。考慮到基準站觀測數據備份和檢核，根據測區大小和試驗為中、小比例尺航攝的特點，按照GB/T18314與GJB2228-1994規定的GPS基準站選址原則，結合已知大地測量控制成果，并經過現場踏勘，在攝區內布設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（距測區約200 km）和鄭州（距測區約500 km）地區分別布設長基線和超長基線GPS基準站。

4 航攝飛行

根據《POS/TRACKER系統試驗區航空攝影技術設計書》和《POS/TRACKER系統試驗區航空攝影實施計劃》，共飛行5架次，完成了試驗區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據以及檢校場空三加密數據后，結合POS原始數據及基準站數據，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

由于現有的海拉瓦軟件和適普軟件都不支持POS數據的空三處理，因此數據后期的空三解算采用了Leica公司的LPS軟件。在LPS中建立與EO數據坐標相一致的工程，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，輸入試驗區影像，生成縮小片。在自動完成內定向后，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數據直接定向精度分析研究

在內定向結束后，輸入RC30的POS數據"按照LPS中影像的數據順序，依次將其對應的EO數據拷貝到相應的位置，獲得POSEO數據直接定向的結果。

（1）200X年B區直接定向，精度已經可以滿足1：10000成圖要求；（2）200X年B區直接定向，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數據的大地高是初始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.航空攝影技術設計規范[S].

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

[3] GB/T 13990-1992.1：5000、1：10000地形圖航空攝影測量內業規范[S].