差分GPS輔助空三在大比例尺測圖中的應用

宋占軍 鄭玉鳳

摘 要：該文利用動力三角翼搭載的光學像機和GPS接收機獲取的大比例尺光學影像和GPS數據，利用VirtuoZoAAT空三加密軟件和PATB平差軟件進行GPS輔助空中三角測量實驗，研究差分GPS輔助空中三角測量在大比例尺測圖中的應用，選用幾種布點方案進行實驗分析，從加密精度和減少外業像控點入手，找到最佳的實驗方案。

關鍵詞：差分GPS 空中三角測量 大比例尺測圖 數字城市

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（b）-0024-02

航空攝影測量技術的發展為人們高質量地獲取城市數字信息提供了高效手段[1]，隨著我國數字城市建設的浪潮逐漸的掀起，對大比例尺航空攝影測量技術的需求也越來越劇烈，而傳統的空中三角測量需要大量的外業像控點才能保證空三加密的精度，從而導致了外業工作量大、周期長，從而影響了攝影測量的作業效率，增加了生產成本。目前的研究結果表明：GPS攝站坐標在區域網聯合平差中是極其有效的，只需要中等精度的GPS數據即可滿足測圖的要求[2]，其次，外方位線元素的利用一般比角元素更有效。并且由于GPS差分技術的日益完善和精度的逐漸提高[3]，利用GPS差分技術已能準確的獲取光學像機的三維坐標，使其參與到空三中進行聯合平差，可以減小大量的外業像控點，從而提高作業效率，節約時間和人力成本。差分GPS輔助空中三角測量已經在許多生產實踐中得到了大量的應用，尤其是在中小比例尺地圖測繪中的應用十分廣泛，但隨著數字城市建設中對大比例尺航空影像的迫切需要，找到一種效率高、成本低的空中三角測量方法也十分必要。該文以此作為出發點，探討差分GPS輔助空中三角測量在大比例尺地圖測繪中的應用，將選用幾種布點方案進行對比試驗，以找到一種高效的最佳的實施方案。

1 數據獲取

該次選用的涿州地區的1∶2000比例尺航空影像數據，航攝日期為2011年3月5日，地形以平原丘陵為主，共計3條航帶，每條航帶30余張影像，共計101張影像。空三軟件為VirtuoZoAAT，平差軟件為：PATB平差軟件。處理動態差分GPS數據軟件為：Trimble Total Control。該次試驗在測區架設兩個GPS地面基準站，并保證飛機起飛前提前50 min開機，在飛機飛行期間一直保持開機狀態，并且兩臺地面接收機的數據接收頻率與飛機上GPS的頻率相同，都設置為2 Hz，飛機上的GPS天線安裝在飛機機頭的前部，確保飛機在遇到氣流產生搖晃的情況下機身不會遮擋GPS信號。獲得飛行數據后，首先進行GPS差分解算。由于GPS天線與像機不在同一位置，故在平差前先將GPS的解算的坐標數據轉換到像機中心的位置，最后獲得像機的準確位置，依據的計算原理如公式1所示，其中XA，YA，ZA為GPS天線相位中心位置，XS，YS，ZS為光學像機攝影中心位置，R為像片姿態角所表示的正交變換矩陣，u，v，w為GPS天線相位中心位置在像片坐標系中的坐標。

2 GPS輔助空三解算及分析

為了驗證在有無差分GPS的輔助下，不同的布點方案對平差結果精度的影響，該次采用10種方案進行比較，以獲得最佳的方案，10種布點方案的布點情況和檢查點中誤差如表1所示。

從表1可以看出，很明顯在測區布設很少的控制點的情況下，有GPS參與平差（如方案2）比沒有GPS輔助的情況下，平差結果精度能夠明顯的提高，這就說明有GPS輔助下對平差的精度有了明顯的改善。隨著控制點數量增加到三排點的情況下（方案8），平面精度為0.19 m，高程為0.18 m，已經能夠滿足1∶2 000比例尺空中三角測量的精度要求，要比沒有GPS輔助下的全野外布點方案大大減少了控制點數量，所以方案8為最佳方案。值得注意的是隨著控制點數量的增加，有無GPS輔助對平差精度并沒有明顯的提高，這就說明該系統的GPS獲取的像機位置坐標有待進一步提高。

3 結語

該文為了驗證差分GPS在大比例尺航空影像中的可行性，利用大比例尺航空影像，通過不同數量的控制點和有無GPS輔助的情況下進行空三加密，經過精度比較，從而得出了差分GPS在少量的地面控制點的情況下可以達到規范中對空三的精度要求，從實驗結果可以看出，在GPS輔助下可以有效的減小外業像控點數量，從而減輕外業工作量和資金投入。隨著大比例尺航空影像的需求與日俱增，傳統的空中三角測量的精度由于受各種條件的限制，加密成果精度難以達到大比例尺地形圖精度的需要，而GPS輔助空三加密技術可以彌補傳統空三加密的缺陷，將空三加密成果精度進一步提高，從而進一步保證了大比例尺成圖精度，從而滿足我國數字城市建設中對大比例尺航空測圖的需求。

參考文獻

[1] 常歌.基于遙感數據的城市景觀建模技術研究與實踐[D].中國人民解放軍信息工程大學測繪學院，2001.

[2] 孫曉華，朱長春.GPS輔助空中三角測量原理及應用[J].江西測繪，2010：30-31.

[3] 李學友.MU/DGPS輔助航空攝影測量綜述[J].測繪科學，2005（5）：110-113.