利用GPS辅助空三的高原大比例尺航摄测图研究

2012-11-14杨海东张建刚刘宗杰

测绘通报 2012年8期

关键词：三角测量单点控制点

李峰，杨海东，张建刚，刘宗杰

(1.北京四维远见信息技术有限公司，北京100070;2.中国测绘科学研究院，北京100830)

利用GPS辅助空三的高原大比例尺航摄测图研究

李峰1，杨海东2，张建刚1，刘宗杰2

(1.北京四维远见信息技术有限公司，北京100070;2.中国测绘科学研究院，北京100830)

介绍利用国产数字航空摄影仪在青藏高原进行大比例尺测图试验。试验利用GPS辅助空三的方式力求减少外业工作量，通过对不同地面控制方式得到的空三结果进行分析，表明以7条航线、20根基线作为一个平差区域，并在有构架航线的情况下，在区域四角布设平高控制点即可满足测图精度。

GPS辅助空三;大比例尺测图;控制点;精度

一、前言

进入21世纪以来，摄影测量的理论与方法有了突飞猛进的发展，数码相机的使用越来越广泛。GPS辅助空中三角测量技术的应用，减少了像控点的数量，大大节省了航空摄影测量的外业工作量［1］。随着GPS技术的发展，全球连续运行跟踪站日益增多，IGS可提供精度优于±5 cm的精密星历，卫星钟差改正数可达到0.1～0.2 ns，GPS接收机的性能也不断改善，大气延迟模型愈来愈精确，消弱对流层和电离层延迟误差的方法亦不断完善，非差分单机实现高精度定位成为可能［2］。精密单点定位(precise point positioning，PPP)是相对于一般的单点定位而言的，它是利用GPS精密星历和钟差文件，以载波相位和伪距为观测资料，进行独立的单点精密定位［3］。它的特点在于各站的解算相互独立，计算量远远小于一般的相对定位［4-5］。现在，利用非差分双频载波相位观测值，在初始化后进行单历元精密单点定位，以实现全球范围内的实时动态定位的方法，用于动态航空测量的精度已达到厘米级［6］。目前，实时动态定位的方法被我国测绘学者广泛应用，并有很多软件对观测数据进行解算，武汉大学编写的Trip软件就是其中的代表。

在我国，实时动态定位方法已经在很多项目中得到应用，基于此方法的高精度定位数据应用到GPS辅助空中三角测量，不但取消了地面基站，更进一步减少了地面像控点的数量。为了研究在高原困难地区利用精密单点定位的数据进行GPS辅助空中三角测量，选择西藏的某县城进行试验，试验中飞行了构架航线，以保证高程精度［7］。

二、试验概况

试验测区选择在西藏地区的某县城进行，该县城位于拉萨东北约320 km处，海拔4500 m，地势中间低、四周高，高差约200 m，属山地地形。试验目的为获取1∶1000地形图，采用SWDC-2数字航空摄影仪，设计地面分辨率8 cm，旁向重叠和航向重叠分别为65%和35%，共飞行9条正常航线和2条构架航线，每条航线28根基线。

1.试验外业实施

地面控制点按4～6条航线一行点、15～20根基线一列点的原则进行设计，共设计9个点，控制点以地标的方式铺设。由于地形的限制，有些地方外场工作人员无法到达，导致地标点不能完全按照设计位置布设，为了防止人为破坏，实际布设时在一个点位上布设两个点，共布设18个地标点。地标点位置和航线示意图如图1所示。

由于测区附近没有国家基准点，所以在测区靠近中间的位置安置了GPS观测基站，通过单点静态观测获取其坐标，观测时间大于6 h。各地标点观测30 min，最后通过和基站进行差分解算获取坐标。空中摄站坐标采用武汉大学研制的动态GPS精密单点定位软件Trip进行精密单点定位获取，这种软件解算数据的内符合精度可以到几个厘米的水平，可以实现亚分米级的飞机动态定位，能在不需要地面基准站的条件下达到双差固定解相当的精度水平［8］。

图1 实际的航线和控制点

2.GPS辅助空中三角测量

(1)加密方案

为了验证控制点数量和位置对检查点精度的影响，试验采取4种控制方案对测区数据进行空三加密，具体方案如下:

1)方案1。中间一点定向，其他点检查(如图2所示)。

图2 方案1

2)方案2。两侧两列点定向，中间点检查(如图3所示)。

图3 方案2

3)方案3。周边点定向，中间点检查(如图4所示)。

图4 方案3

4)方案4。密集周边点定向，中间点检查(如图5所示)。

图5 方案4

(2)加密精度

本次试验采用全自动空中三角测量软件Map-AT进行空三加密，区域网平差计算后，基本定向点的残差为:方案1平面最大残差0.236 m，高程最大残差0.290 m;方案2平面最大残差0.241 m，高程最大残差0.244 m;方案3平面最大残差0.223 m，高程最大残差0.167 m;方案4平面最大残差0.300 m，高程最大残差0.151 m。上面结果显示4种方案平差后的控制点平面和高程最大残差均小于0.4 m，符合规范要求［9］。检查点的中误差如表1所示。

表1 检查点中误差 m

由表1可以看出:

1)在飞行构架航线的基础上，中间一个控制点的区域光束法平差结果不能满足设计需要。

2)在方案2中，由于点1606、4506、25107处于控制区域外，点位误差值超限，导致总体检查点中误差比较大。如果去掉这3个超限点不作为检查点的话，方案2的中误差值会大大减小，达到平面±0.304 m，高程±0.221 m。

3)与方案2相似，方案3中点25107处于控制区域外，如果把这个点去掉不作为检查点，总体检查点中误差值会有所减小，达到平面±0.258 m，高程±0.207 m。

4)如果剔除掉方案2和方案3中控制区域外的检查点，后3种方案结果都能满足要求。同时可知，虽然方案3和方案4的结果精度比方案2的有所提高，但是提高有限。

三、结束语

本次试验采用航摄的方式在高原的山地进行大比例尺测图任务，采用GPS辅助空中三角测量。本文通过对4种方案结果的分析和对比可知，在飞行构架航线的基础上，后3种方案都可满足1∶1000成图要求。从经济的角度看，方案2最佳，在测区两侧布设两列控制点即可满足要求，省去了外业工作量，减少了人力、物力和财力的投入。从图5可以看出，由于本次试验是按点对布设地面点，所谓的两侧两列定向点有4个点对概略位置在测区的四角，落在构架航线上，形成了构架航线加四角定向的结构。这一分析结果表明，构架航线加四角布点的控制方式完全能满足高原1∶1000成图的要求。本次试验的地形限制了工作人员的外场工作，导致了地面点没有布设到设计的位置，如果地面点布设位置理想的话精度还将进一步提高。

［1］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.

［2］袁修孝，付建红，楼益栋。基于精密单点定位技术的GPS辅助空中三角测量［J］.测绘学报，2008，36(3): 251-255.

［3］陈义.利用精密星历进行单点定位的数学模型和初步分析［J］.测绘学报，2002，31(1):31-33.

［4］刘经南，叶世榕.GPS非差相位精密单点定位技术探讨［J］.武汉大学学报:信息科学版，2002，27(3): 234-240.

［5］冯宝红，高成发.利用P3软件进行GPS单点定位解算的若干问题［J］.测绘科学技术学报，2008，25(4): 249-251.

［6］张小红，刘经南，FORSBERG R.基于精密单点定位技术的航空测量应用实践［J］.武汉大学学报:信息科学版，2006，31(1):19-22.

［7］袁修孝.当代航空摄影测量加密的几种方法［J］.武汉大学学报:信息科学版，2007，32(11):1001-1006.

［8］张小红.动态精度单点定位(PPP)的精度分析［J］.全球定位系统，2006(1):7-11，22.

［9］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准管理委员会.GB/T 23236—2009数字航空摄影测量空中三角测量规范［S］.北京:中国标准出版社，2009.

The Study of Large-scale Mapping in Plateau Based on GPS-supported Aerotriangulation

LI Feng，YANG Haidong，ZHANG Jiangang，LIU Zongjie

0494-0911(2012)08-0015-03