GPS在航空摄影测量中的应用

河南省测绘工程院 牛永力

GPS在航空摄影测量中的应用

河南省测绘工程院 牛永力

一、航空摄影测量概述

1.航空摄影定位方法。航空摄影测量在定位方面有空对地和地对空2种方法。空对地方法是用各种直接测量方法求出摄影机或传感器的空间位置和姿态，然后用前方交会的方法，确定照片上任一目标在实际空间中的位置。而地对空方法是利用已知空间坐标的若干地面控制点及其在照片上的构象，先求出照片的外方位元素，进而可确定出照片上任一目标的空间位置。

2.航空摄影作业流程。目前，常用的航空摄影测量多是采用全数字化摄影测量成图。基本作业流程为：航空摄影，外业像控点的测量及照片调绘，像控点采用平面区域网布点，航内区域网电算加密，全数字化摄影测量成图，编制数字化产品。

3.确定控制点坐标。长期以来人们主要是利用各种测量方法测定在照片上满足良好分布条件的若干控制点坐标；进行野外照片的判读与调绘。航测外业控制联测工作量非常繁重，随着GPS技术的不断成熟，利用载波相位差分法和GPS定位方法，可以精确地测定摄影中心的三维空间坐标。并将他们作为辅助数据与摄影测量和非摄影测量观测值一起进行区域网联合平差，GPS数据将能大大地提高区域网的精度和可靠性，大大地节省区域网平差所需要的地面控制点。

二、G PS用于航外控制联测的方法

首先，需要进行航空摄影，拍摄符合技术要求的航摄照片。其次，在取得经过处理的照片时，就可以进行像控点的联测工作。最后，根据像控点的布设方案选点，进行外业数据检核和内业平差计算。

三、进行G PS辅助空中三角测量的步骤

1.进行航摄的准备工作。首先，确定机载高动态GPS天线的类型，GPS天线应符合航空产品的规范。把GPS天线安装在飞机上。固定摄影机位置，摄影机最好置于相位天线的正下方。把GPS天线通过放大器与GPS接收机相连，同时把GPS接收机中的事件标示器（Event Marker）与航空摄像仪的曝光信号脉冲输出端相连接。进行GPS接收天线相位中心与摄影机后节点（也是投影中心）的偏心测定。

2.进行飞行拍摄。根据拍摄区的范围，布设多个基准站，站间的距离不大于40 km。利用GPS导航进行航空摄影，把GPS与计算机相连，对设定的航线进行飞行拍摄。加装垂直构架，由于每条航带上都可能出现信号失锁、周跳或是不同期飞行的情况，为了使空中三角网稳定可解，加装垂直构架航带是十分必要的。

四、G PS测量在周口测区中的应用

1.任务概况。为了满足周口测区测绘工程的需要。需要在测区规划区和发展区面积约为200 km2的范围进行摄影和大比例地形图测绘。

2.航空摄影。在测区利用ADS80航摄仪进行摄影。航摄时采用于GPS地面基准站相配合的作业方式，基准站架设在测区中部2个已知D级GPS控制点上，用2台天宝5700双频GPS接收机架设在控制点上进行观测。

3.像控点布设及联测。

（1）像控点布设。在处理飞行数据后，在测区四角和中心选取少量像控点进行布设，共布设了28个像控点。像控点的选定均按室内规范要求和照片条件进行。

（2）联测。在28个像控点都进行实地选点按照。像控点平面坐标的联测采用HNCORS系统进行，每个像控点目标均测3次，取3次平均值为像控点成果值。

4.数据预处理。ADS80是1台基于三线阵推扫式航摄像机，它集成了数据定位系统，可以在航摄的同时独立记录GPS相位中心的精确位置和高频记录（IMU）的姿态数据，在进行GPS和IMU数据联合处理后可以得到航摄过程中航摄仪高频精确的空间位置和姿态信息。通过内插可以得到每1个扫描线曝光瞬间的投影中心的空间位置和姿态数据。

（1）外方位元素求解。ADS80内业解算主要是基于GPro、IPAS、APM和Orima软件进行计算的，在航飞结束后，利用同步基站GPS观测数据，联合机载GPS和惯性测量单元数据以及航摄时间记录进行解算，获得投影中心精确的空间位置和姿态数据。

（2）空中三角测量。空中三角测量的目的是获得数字摄影测量内业所需的照片内外方位元素和数字影像纠正点等元素数据。本项目使用ORIMA自动空中三角测量系统进行加密，测区划分为1个加密单元。采用IMU辅助空三技术手段，用地面基站加外业像控点处理数据。在引入外业像控点大地坐标进行区域网的联合平差计算时，像控制点的量测采用人工观测。加入IMU辅助航空摄影得到的6个外方位元素初值作为带权观测值参与平差，再用加密成果进行定向。无约束平差和约束平差空中三角测量数据处理精度及各种限差均满足技术要求。空三平差加密成果经外业检测点验证时符合精度要求。

5.立体测图。在完成空中三角测量后，根据测区范围和模型进行1：500和1：1 000大比例尺地形图内业测绘产品的生产。

综上，近年来GPS动态定位技术的飞速发展，给航空摄影测量技术带来了巨大的发展，该技术在测绘工程的实用，大大促进了航空摄影测量在国内测绘业的进步。GPS辅助光束法区域网空中三角测量平差技术，将大大减少外业照片控制联测的任务量，缩短了生产周期，降低了生产成本。给航空摄影测量的大规模推广应用提供了广阔的前景。

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