ＧＰＳ在航测像控中的应用

黄军明　陈　功　裴良臣

摘 要： 随着新技术的发展，特别是GPS定位技术发展，为航测像控测量带来了变革.如何应对这些变革，提高像控测量的效率与质量，是当前像控测量的重要问题。本文分析了新技术的优缺点，根据相关研究，总结了新技术条件下像控测量的新特点。

关键词：航测；像控点；精密单点定位

中图分类号：P228.1 文献标识码：A 文章编号：1005-569X(2009)01-0061-02

1 引 言

随着航空摄影测量在各个测绘应用领域的普及, 关于影像像控点的测量任务在各生产单位也日趋增多。像控点测量是指根据像片上内业的布点方案, 在实地根据影像的灰度和形状找到并确定像控点的位置, 联测求解该点平面坐标及其高程。像控测量的传统方法是: 平面坐标采用常规测量方法, 即在高等级控制点上进行导线测量方式测定,高程测量则采用图根水准测量或进行三角高程测量。无疑, 由于航摄面积较广, 传统像控点测量方法作业相当艰苦, 且工作量大, 效率低, 作业周期长。

目前像控作业基本采用GPS进行测量，GPS 定位技术以其布网灵活方便、作业周期短、劳动强度低、生产效率高等优点广泛应用于诸多测绘领域, 保证了以最快速度满足用户用图的需要, 极大地提高了工作效率。在高等级的架空送电线路勘测设计中已经得到了广泛地应用，已经是线路设计的主要数据获取方式。与此同时，GPS定位技术以及数字航摄仪成像技术也得到了长足的进步，对像控测量技术也产生了影响。本文正是讨论在新技术条件下，航测像控测量如何应对这些变革。

2 GPS像控测量

根据生产实际及对相关参考文献的查阅,生产单位利用GPS 进行像控点测量的方法基本划分为三种: 经典静态测量、快速静态测量、RTK测量。这三种方法基本是根据GPS 技术的发展而提出来的，简单介绍一下目前最常用的GPS像控测量模式。

（1）GPS 静态相对定位是GPS 最经典的定位方式,它在大地测量领域得到广泛应用。其作业原理是通过组成双差观测值消除接收机钟差、卫星钟差等公共误差, 削弱对流层延迟、电离层延迟等相关性强的误差影响, 从而达到提高精度的目的。这种方式不需考虑复杂的误差模型, 解算模型简单、待估参少、定位精度高, 同时利用了双差模糊度的整数特征, 因而得到广泛使用。其不足之处在于: 作业时需至少一台接收机置于基准站上连续观测, 影响了作业效率, 提高了作业成本; 随着用户站与基准站距离的增加, 对流层延迟、电离层延迟等误差的相关性减弱, 为达到预期精度, 必须相应延长观测时间, 一般在一小时左右, 在作业条件差的情况下甚至更长。

（2）经典的静态相对定位又提出了快速静态定位。其基本方法是: 在测区的中部选择一个基准站(或参考站),并安置一台接收机, 连续跟踪所有可见卫星; 另一台接收机, 依次到各点流动设站, 并静止观测数分钟, 以便按快速解算整周未知数的方法解算整周未知数; 观测中必须至少跟踪4 颗卫星; 接收机在流动站之间移动时, 不必保持对所测卫星的连续跟踪, 因而可关闭电源。GPS 快速静态定位具有精度高、成本低、速度快、测量成果可靠及实际操作灵活简便等优点。但它作业范围较小, 因为诸多误差都随距离的增长而使得相关性减弱, 以至不能正确解算模糊度。在当前送电线路像控测量中，多采用该方式。

（3） RTK测量的基本方法原理是将一台GPS 接收机设置成参考站, 架设在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标, 计算出基准站到卫星的距离改正数, 并由基准站的专用电台实时地将这一改正数发送出去。流动站在进行GPS 观测的同时, 也接收到基准站的坐标转换参数, 并对其实时定位的结果进行改正, 从而提高定位精度。

3 GPS非差相位精密单点定位

当前，有关研究人员又提出了利用非差相位精密单点定位技术，已经得到了生产应用，精度与可靠性也得到了证明，将其引入像控测量，将会对航测像控测量带来变革。

GPS 非差相位精密单点定位是最近几年刚发展起来的一项GPS 定位新技术, 其思路是先利用全球若干IGS 跟踪站的GPS 观测数据计算出精密卫星轨道参数和卫星钟差, 再以单台双频GPS 接收机采集的非差相位数据作为主要观测值来进行单点定位计算, 相关研究表明，其静态定位精度可达分米级甚至厘米级, 动态定位能达到分米级。由于它可利用单台接收机在全球范围内进行静态或动态独立作业, 并且能直接得到高精度的ITRF 框架坐标。

根据上面的描述, 可以得出GPS 非差相位精密单点定位在像控测量中较静态定位或RTK还存在以下突出的优势:

（1）外业作业更简单。现存在的几种作业方式都需要两台或两台以上的接收机, 静态测量还需要时间上的同步, RTK 需要在基准站准备好了才能作业, 精密单点定位只要一台接收机就可以作业, 并在时间上没有要求, 工作人员到点即可以施测。

（2）点位精度均匀稳定, 整体精度连续性强。静态测量或RTK测量在测区较大的情况下, 通常要进行分区施测, 这将导致成果转化的时候不一致, 存在某些系统误差。GPS 非差相位精密单点定位得到的是高精度的ITRF 框架坐标, 它与作业面积的大小没有关系, 因此成果只有一套转换参数, 精度是均匀的。

（3）与其它差分定位模型相比, 非差精密单点定位模型具有可用观测值多, 保留了所有观测信息,能直接得到测站坐标, 不同测站的观测值不相关,测站与测站之间无距离限制等优点。

当然, GPS 非差相位精密单点定位也存在不足,即在数据解算的时候要从IGS 数据分析中心免费下载卫星精密轨道、精密钟差等数据产品, 而这些产品在时间上一般有几天的延迟。另外，由于是单点定位，缺乏必要的检测条件，因此在施测的过程中，需要加强检校。

4 GPS像控测量模式的选择

经典的GPS 静态测量、快速静态测量、GPS-RTK技术都已经成功地被生产单位运用到像控测量中, 实践也证明上述方法的可靠性和高效性。非差相位精密单点定位进行测量的方法,有着独特的优越性, 应在生产单位加以推广, 这将进一步节省人力和物力。当然, 我们在实际生产中, 不要拘泥于某种观测模型, 可以根据作业环境灵活运用上面的多种观测方法。比如测区交通便利, 人员充足, 精度要求较高则运用经典静态定位; 测区小则运用快速静态定位; 测区平坦则用RTK; 在山区则运用非差相位精密单点定位，当然也需要进行必要的质量检查，以保证像控测量的可靠性；在一个项目工程中合理地运用上面的方法, 将会达到事半功倍的效果。

参考文献：

［1］ 俞旭升. DMC航摄影像外业像控布点的实验研究[J].测绘科学，2006,（6）: 77~79.

[2] 匡翠林，范冲. GPS精密单点定位技术在像控测量中的应用[J]. 四川测绘，2006,(1):3~6.

[3] 李宗海.GPS RTK技术在线路勘测中的应用[J]. 高速公路运营与管理，2006,(7);57~59.

[4] 余世岩,林海.RTK应用在架空送电线路勘测中的探讨.测绘与空间地理信息，2007,(6);52~59.