POS輔助數碼航空攝影測量在數字城市平臺建設中的應用

汪本榮

（安徽省第三測繪院，安徽 合肥 230601）

0 引 言

數字城市平臺作為一種城市運行、建設情況虛擬化呈現的重要方式，依托于計算機技術、多媒體技術、存儲技術等，在定位系統、地理信息系統的支持下，從多個維度展現出城市范圍內人與人、人與環境之間的相互關系，是城市整體規劃、日常管理的主要手段。為提升數字城市平臺信息獲取的實時性與準確性，文章嘗試通過POS輔助數碼航空攝影測量的方式，實現城市信息的快速捕捉，為數字城市平臺建設提供信息源。

1 POS輔助數碼航空攝影測量技術概述

為充分發揮POS技術的輔助作用，不斷提升數碼航空攝影測量的精確度，觀測人員在優化技術應用方案之前，有必要著眼于實際，對POS技術原理、數碼航空攝影測量進行全面分析，形成系統的認知，為后續相關技術應用活動的開展提供方向性引導。

1.1 數碼航空攝影技術特性分析

數碼航空攝影技術以飛機作為主要載體，通過航攝相機對目標區域進行連續性攝影獲取圖片數據，并在此基礎上通過對地面控制點、立體測繪工作的聯動形成區域性地形圖。數碼航空攝影獲取的數據境地較高，受環境因素影響較小，是目前我國主流的一種地理信息觀測手段，被廣泛應用于災害預警、資源開發和環境保護等領域[1]。隨著技術手段的不斷豐富與成熟，數碼航空攝影技術將GPS導航系統納入自身框架內，實現了空中三角測量，使得數碼航空攝影技術的測量精度穩步提升。但是，從技術層面來看，GPS技術難以實現數碼航空攝影的動態化管控，難以實現連續性影像資料獲取。基于這種實際，相關技術團隊在數碼航空攝影技術應用環節嘗試引入POS技術，期望借助POS技術的定位導航能力，輔助數碼航空攝影技術開展監測活動。

1.2 POS技術原理分析

POS作為一種新型定向定位系統，實現了GPS導航與慣性導航的有效銜接，彌補了過往數碼航空攝影技術在信息獲取連續性等方面的不足，完善了整個攝影流程。同時，POS技術的參與，使得數碼航空攝影對于地面控制點的依賴性大幅度降低，無形之中縮小了操作難度，提升了實用性，降低了技術使用成本。此外，在相關技術的支持下，POS使得數碼航空攝影不需要空中三角測量，也能夠快速實現圖像信息的定點傳輸。這些技術優勢，使得POS輔助數碼航空攝影成為一種可能。從技術層面看，POS技術將GPS導航系統、慣性導航系統融合起來，從而使得POS具有一定的獨立性，能夠在不依靠外界控制設備、控制指令的情況下進行自主導航，并在導航過程中提供空間方位、運動時刻以及水平基準等基本信息。由于合理使用GPS技術，POS技術的測量精度進一步提升，使其具有極強的續航能力，滿足大范圍數碼航空攝影技術的使用需求。這種技術特性使得POS技術實現了GPS定位、慣性導航的優化組合，不斷增強觀測結果的準確性，減少外部環境對整個技術活動的干擾，避免觀測過程中出現信號丟失或者跳轉的情況，從而有效控制觀測誤差，提升了整個觀測的準確性[2]。POS技術對于慣性導航技術的應用，使得其在內部形成獨立單位，有效規避外部環境對觀測定位工作的影響，從而在復雜的環境下順利完成導航定位工作，實現高頻率的定位信息發送與獲取。正是由于POS技術的優勢，越來越多的數字航空攝影技術人員在定位技術選擇過程中將POS作為首選，實現導航定位的升級，強化影像數據的傳輸能力，為后續相關數據開發、應用工作的開展奠定了堅實基礎。

2 數字城市平臺建設基本要求

數字城市平臺在建設、運行過程中涉及多種硬件設備、軟件系統的參與。基于這種認知，為了理順數字城市平臺建設的基本流程，確保POS輔助數碼航空攝影測量技術的應用效果，觀測人員有必要分析數字城市平臺建設的基本訴求，確保POS輔助數碼航空攝影測量技術應用的有效性。

數字城市平臺在建設過程中，需要自然資源、社會資源和基礎設施等空間信息的參與。為實現各類數據的科學高效使用，在數字城市平臺建設環節需要技術人員做好相應的技術處理與應對，提升數據信息存儲、交互和處理的有效性。數字城市平臺的這種技術特性，要求在平臺建設過程中做好城市相關數據信息的收集、匯總、處理以及調用工作，確保數字城市平臺相關信息呈現的完整度和有效性，幫助用戶在短時間內準確掌握相關區域的自然環境和人文風俗。考慮到我國城市化進程較快，數字城市平臺建設對于空間信息的時效性有著較為嚴格的要求。通過實時更新信息數據，能夠在短時間內快速獲取各類信息，實現數據信息的快速更新，真實、完整地呈現出城市的變化情況[3]。基于上述需求，數字城市平臺在實際構建環節需要借助必要的技術手段，保證空間數據信息獲取的實時性與準確性，從而為用戶提供整體性的城市規劃和管理信息。

3 POS輔助數碼航空攝影測量技術在數字城市平臺建設中的應用方法

POS輔助數碼航空攝影測量技術在數字城市平臺建設中的應用涉及多個層面的內容。為推動平臺建設的有序開展，增強測量技術應用效果，觀測人員應當在科學性原則、實用性原則的引導下，結合相關技術原理與技術特性，轉變技術應用思路，采取更有效的手段，促進POS輔助數碼航空攝影測量技術在數字城市平臺建設中的應用。

3.1 做好控制點布設工作

為有效發揮POS的輔助能力，在使用數碼航空攝影測量技術的過程中，觀測人員需要根據區域地理特性做好控制點的布設工作。具體來看，在布設工作之初，觀測人員應當依據《POS系統應用航空攝影試飛方案》等技術規范，結合觀測要求，有針對性地做好控制點的布設工作。通過必要的控制點布局，進一步提升整個POS技術的輔助能力，實現數碼航空攝影測量技術在攝影環節的高效應用，使得觀測人員能夠根據測量需求方便靈活地開展數碼影像的獲取工作[4]。

3.2 科學規劃地面站布局

在數碼航空攝影測量技術應用過程中，為了進一步發揮POS技術的輔助作用，除了進行必要的控制點布設工作之外，還要在測量區域內布設一定數量的基準站。但是，考慮到基準站觀測數量與數碼航空攝影精度之間的關系，觀測人員根據GB/T18314與GJB2228-1994等技術規范的規定，結合過往相關實踐工作的有益經驗，需做好POS技術中GPS基準站的選址工作。

3.3 開展POS外方元素解算

在使用POS對數碼航空攝影進行輔助性定位、導航的過程中，考慮到觀測環境的復雜性，觀測人員在實際操作環節需要借助于相關軟件做好POS外方元素解算工作。具體操作環節，觀測人員使用偏心角解算的方式，在獲取校場空三加密數據后，依托POS原始數據和相關基準站數據，利用PosPac等軟件對數碼航空攝影過程中偏心角進行必要的計算，細化觀測對象不同的觀測角度，增強整個數碼航空攝影技術對于目標觀測對象數據資料獲取的有效性。

3.4 進行必要的空三處理

現階段，部分軟件沒有很好地支持POS空三處理工作要求。基于這種實際，觀測人員對POS進行空三處理環節使用LPS軟件，建立一定的空間坐標系，通過LPS軟件使得數碼航空攝影測量獲取的各項數據能夠進行影像的生成、放大、縮小等工作，為數字城市平臺建設提供技術支持[5]。

4 實例分析

考慮到目前POS輔助數碼航空攝影測量技術應用經驗積累不足，在實際應用環節存在漏洞。為有效應對上述情況，發揮技術優勢，確保數字城市平臺建設水平，觀測人員有必要立足于實際，通過分析典型案例總結經驗，理順技術應用流程，為后續相關數字城市平臺建設和數碼航空攝影測量技術的應用提供借鑒。

以五河縣為例，其地處皖東北淮河中下游，因境內淮、澮、漴、潼、沱五水匯聚而得名。它地處東經117°26′～ 118°04′，北緯 32°54′～ 33°21′，縣境東西長約56 km，南北寬約45 km，邊界長約230 km，總面積1 580 km2，東接江蘇省泗洪縣，南與明光市、鳳陽縣接壤，西與蚌埠市龍子湖區、固鎮縣毗鄰，北接泗縣、靈璧縣。它的數字縣域航攝與測圖范圍如圖1所示。

圖1 為五河縣數字縣域航攝與測圖范圍

根據相關部門的工作要求，對五河縣城區約80 km2的范圍進行地面分辨率為0.1 m的彩色數字航空攝影。采用攝影測量方法進行數字正射影像圖（DOM）制作和50 km2的1:1 000比例尺數字線劃圖（DLG）測繪，并在此基礎上獲取相關數據信息，完成該區域數字城市平臺的建設?；谖搴涌h的觀測需求，觀測人員在使用POS技術輔助數碼航空攝影的過程中，在GB/T 15967-2008《1:500 1:1 000 1:2 000地形圖航空攝影測量數字化測圖規范》等技術規范的引導下，進一步掌握數碼航空攝影測量的精度要求，提升POS技術應用的合理性與有效性。在這一思路的指導下，觀測人員提前進入觀測區域，根據1:2 000的比例尺測量精度要求，合理設置觀測點。例如，工作人員在100 km2的范圍內設置42個控制點，在觀測過程中分別使用大理石、木樁等標記控制點，并在此基礎上逐步形成完備的控制點布機制，為后續數碼航空攝影工作的開展奠定了堅實基礎。在對五河縣進行數碼航空攝影測量的過程中，觀測人員對基準站進行了合理設置，初步完成布局后，組織人員評估基準站布局的合理性和科學性，根據評估結果調整基準站設置空間位置，不斷提升整個測量結果的準確性。五河縣在使用POS輔助數字航空攝影技術的過程中，通過像片控制測量、空三加密以及數字正射影像等手段，確保技術的有效銜接。例如，觀測人員通過像控點點位布設合理，數量滿足空三加密需要，點記清晰、準確，測量精度符合規范與技術設計要求。同時，在數學基礎、相機參數正確，匹配連接點組網合理，平差精度符合規范與設計要求的基礎上進行技術方案的完善與優化。在完成上述技術活動中，為增強數據呈現的直觀性，觀測人員需要做好數字高程模型制作工作，保證數據接邊完好，內插生成的高程表達正確，地形反映清晰明了，無明顯錯點數據，高程精度符合規范與設計要求。

表1 性能測試結果

5 結 論

POS輔助數碼航空攝影測量技術有效提升了數碼航空攝影的可操控性、信息采集的實時性以及數據傳輸的穩定性，充分滿足數字城市平臺建設的相關技術要求。文章立足于實際，從多個層面出發，采取針對性的技術應用手段發揮POS技術作用，促進了數碼航空攝影技術水平的提升，確保該項技術手段在數字城市平臺建設中能夠合理高效使用。