精密单点定位技术在1：25000航测成图中的应用＊

鲁金虎

（西安煤航信息产业有限公司，陕西 西安710054）

0 引 言

传统航摄技术无法获取像片的外方位元素，只能依靠像片控制测量野外获取大量的地面控制点，再通过空中三角测量获得内业测图所需的加密点坐标及外方位元素数据。但随着先进的空间技术在航空摄影测量领域的应用，采用GPS动态定位方法测定摄站空间位置（即外方位元素中的3个线元素）数据与基于航片的坐标像点观测联合平差的GPS辅助空中三角测量技术，正在逐步应用于一线的测绘生产，精密单点定位技术的出现，为航空摄影提供了新的解决方案。目前，国际服务组织所提供的精密星历和精密钟差的精度已经很高。随着接收机性能的不断改善，载波相位精度不断提高，以及大气改正模型和改正方法不断深入，为精密单点定位技术应用于航空摄影中提供了可能性［1］。

这种技术的推广降低了传统空中三角测量对地面控制点的依赖和需求，缩短了像片控制测量的野外工作量和作业周期。根据GPS辅助空三技术在本次试验测区小比例尺地形图测绘的应用情况，通过对其项目中的实施情况进行介绍和分析，希望从中获得实用有效的生产技术经验。

1 精密单点定位技术

精密单点定位（PPP）是利用载波相位观测值以及IGS组织提供的高精度的卫星星历及卫星钟差来进行高精度单点定位的方法。精密单点定位技术由美国喷气推进实验室（JPL）的Zumberge于1997年提出。20世纪90年代末，由于全球GPS跟踪站的数量急剧上升，全球GPS数据处理工作量不断增加，计算时间呈指数上升［1］。利用IGS提供的高精度的GPS精密卫星星历和卫星钟差，以及单台双频GPS接收机采集的载波相位观测值，采用非差模型进行精密单点定位。精密单点定位的优点除能解算出测站坐标，同时还能解算出接收机钟差、卫星钟差、电离层和对流层延迟改正信息等参数，这些结果可以满足不同层次用户的需要求（如研究授时、电离层、接收机钟差、卫星钟差及地球自转等）。

精密单点定位软件TriP是武汉大学测绘学院开发的高精度单点定位软件。该软件可实现毫米级到厘米级的单点静态定位和厘米级到分米级的单点动态定位，无需地面基准站的支持，不受作用距离的限制，直接得到ITRF框架坐标［2］。

2 GPS辅助空中三角测量的基本原理

GPS辅助空中三角测量是利用GPS定位技术获取航摄仪曝光时刻摄站的三维坐标，然后将其作为附加观测值引入摄影测量区域网平差中，采用统一的数学模型和算法以整体确定物方点位和像片方位元素并对其质量进行评定的理论、技术和方法［3］。采用GPS辅助空中三角测量可以用GPS摄站作为空中控制来取代地面控制点，使区域网平差所需的地面控制点大大减少，使之少到只要解决数据基准和削除GPS数据系统误差的程度。

3 试验及其结果分析

本次航摄采用SWDC数码相机，成图比例尺为1：25000，相对航高为2 000m，GSD为0.272 m.测区地处太行山南段与中条山北缘的结合部，地形复杂，地貌特征以山地为主。在本工程航空摄影、像片控制测量、空中三角测量和调绘等环节中均采用了新技术。航空摄影时采用了先进的SWDC数码摄影系统；像片控制测量中同时采用了精密单点定位技术和似大地水准面模型两项新技术；空中三角测量使用GPS辅助空中三角测量等。

为了分析利用SWDC数字航摄仪的摄站坐标（GPS数据）进行GPS辅助航空摄影测量方法所能达到的加密精度，通过试验和SWDC系列数码相机的固有优点，得出一些结论［4］。图1示出了布点方案，表1列出了GPS辅助空中三角测量精度统计。

表1 GPS辅助空中三角测量精度统计表

图1 布点方案

分析图1、表1的试验结果，可以得出如下结论：

1）如果在图1所示的布点方案中的地面控制点可以从已有的高等级国家大地测量控制网中找到，可以省去像控测量，这在困难地区、无图区或者人员不能通达地区进行测量意义重大。

2）通过实验说明，在GPS辅助航空摄影测量中，可以无需布设地面基准站。本测区在利用SWDC数字航摄仪进行航空摄影GPS辅助空中三角测量平差时，采用单点定位技术与数码相机结合应用。GPS辅助航空摄影按照常规航空摄影技术规程进行摄影作业是可行的。

3）采用现行几种航空摄影空三测量方法，加密点的精度均可满足所处地形相应比例尺航测内业加密的精度要求。本次GPS辅助空三试验的精度符 合GB／T 12340－2008《1：25000、1：50000、1：100000地形图航空摄影测量内业规范》的规定。对于常规光束区域网平差来说精度主要取决于地面控制点的分布与间距，区域越大，所需的地面控制点越多，试验1：25000分别布设了69个地面控制点；对于GPS辅助空三测量而言只需在区域网的四角布设4个平高地面控制点，其不随区域网的大小而变化［5］。对于GPS辅助空三测量从表1可以看出，随着地面控制点的减少，区域网平差的精度有所降低，当无地面控制点时尤为明显。要达到测量规范所要求的精度，必须采用合理的地面控制方案。

4）从图1看出将角点作为定向点进行少量地面控制点的PPP辅助空中三角测量，其加密精度可满足相应要求。引入基于单点定位的GPS辅助空三测量后，不需要大量的野外像片控制点，仅需要在测区网两端布设少量的控制点就可以达到地形图航空摄影测量内业规范所要求的精度，这基本省去了像片控制测量工作，也大大缩短了航测成图的周期，加快了地图数据更新的速度，对经济的发展与城市的规划起到有力的推动作用。

5）试验中摄站坐标的解算采用了精密单点定位技术，使用TriP软件进行。计算时精密星历和精密钟差采用IGS提供的快速精密星历和快速精密钟差，航飞完成一天后即可进行数据处理。对于面积较大的测区为了获得高精度的摄站坐标，利用大地水准面拟合方法实施大地高与正常高的变换方法。GPS测量无须像普通水准测量那样沿一定路线来传递大地高，也不需要进行水准联测，从而避免了路线传递所带来的系统误差累积。

6）试验中像控点测量采用GPS精密单点定位（PPP）技术与利用高精度似大地水准面模型进行GPS高程测量的方式施测［6］。采用PPP技术仅使用单台GPS接收机就可以精确确定点位位置，实现高精度定位导航的功能。单机作业，灵活机动，大大节约用户成本；定位精度不受作用距离的限制。

4 结 论

通过基于精密单点定位在1：25000航摄成图中的应用研究试验，结果表明：在小比例尺航测成图生产中，基于精密单点定位技术的GPS辅助空中三角测量方法很有优势，在加密分区四角布设4个平高控制点，可满足1：25000比例尺规范要求的空中三角测量加密精度要求。因此，GPS辅助航空摄影在小比例尺航测成图生产中能提高制图质量，大幅度减少野外控制点，缩短制图时间，保证设计工期按时完成，技术优势明显。

我国地域辽阔，一旦开展航空测量（航空重力测量，航空摄影测量，以及航空Lidar和航空In－SAR），采用精密单点定位技术实现无地面基站的航飞，不仅可以节省人力、物力、财力，还能够简化流程，使得航空测量更加简便、快捷。目前精密单点定位技术还处于研究实验阶段，在航空摄影测量中的应用才刚刚开始，相信随着精密星历与精密钟差技术的进一步发展，精密单点定位算法进一步成熟化，精密单点定位技术应用于航空摄影中成为一种必然的趋势。

［1］ 王成龙，刘昌华，李 峰 .基于SWDC的国家基础航空摄影测量可行性研究［J］.测绘工程，2009，18（1）：14－18.

［2］ 袁路晴，黄 杰，兰艳青，等 .超轻型飞机搭载SWDC系列数字航摄仪的航空摄影测量一体化作业思路［J］.铁路勘察，2007（6）：59－62.

［3］ 袁修孝.GPS辅助空中三角测量原理及应用［M］.北京：测绘出版社，2001.

［4］ 李学友.IMU／DGPS辅助航空摄影测量综述［J］.测绘科学，2005，5（30）：110－113.

［5］ 袁修孝.GPS辅助空中三角测量及其质量控制［D］.武昌：武汉大学，1999.

［6］ 王铁军，郑福海，王俊杰，等.IMU／DGPS辅助空中三角测量精度分析［J］.地理信息世界，2009，8（4）：47－50.