不同附加参数的POS辅助空三精度分析

张 恒,冯德俊

（1.西南交通大学 测量工程系，四川 成都 610031）

不同附加参数的POS辅助空三精度分析

张 恒1,冯德俊1

（1.西南交通大学 测量工程系，四川 成都 610031）

POS辅助空三的应用，能够减少传统空三中为加密所需野外控制点的联测工作量，缩短成图周期，降低成本；然而选择不同个数的附加参数，也会使得在POS辅助空三的过程中所采取的模型有所差异，所建立的误差方程式亦不同。因此，在对精度要求比较高的情况下，附加参数的选择就显得尤为重要。通过使用不同的附加参数来建立模型，分析造成其精度差异的原因并对参数的选择提出了建议。

定位定姿系统；POS辅助空三；附加参数；精度分析

传统的航空摄影测量成图方式需要进行大量的地面像控测量工作。POS系统的出现，使准确地获取航摄仪曝光时刻的外方位元素成为可能，从而实现无（或少）地面控制点，甚至无需空中三角测量，即可直接定向测图。然而，在进行POS辅助空中三角测量的过程中，选用不同个数的附加参数，会使得区域网平差时选用的模型、误差方程的建立有所差异。在精度要求较高的情况下，考虑到系统误差的影响，是否选择若干附加参数与区域中的其他未知数同时进行平差，或者选用几个附加参数更为合适，值得思考。

本文通过设计POS辅助空中三角测量实验，以检验其能否达到大比例尺测图的要求，并利用附加参数的区域网平差方法验证是否有必要使用附加参数以提高结果精度，给出了附加参数个数的选取建议。

1 POS辅助空中三角测量

POS辅助空中三角测量实际是将GPS与INS的结果通过卡尔曼滤波进行数据融合，再加入经过严密检校的因IMU本体坐标系与航摄仪本体坐标系不平行所造成的视准轴误差[3]改正，然后将改正后的结果应用到空三运算中，最后将POS系统获取的影像外方位元素视为观测值，与像点坐标一起进行联合平差，以此来获得更高的精度。

POS辅助空三结合了传统空三和直接地理参考法的优势，弥补了各自的缺点[4]。通过自检校平差，影像上的连接点和野外控制点能够减小系统误差，从而得到高精度和稳定的外方位元素。而通过POS系统测得的外方位元素能够为光束法区域网平差和自动空三提供最好的初始值。使用POS辅助空中三角测量不仅能够最大限度地减少所需野外控制点的数量，还能够大大提高整个作业流程的效率和精度。

2 实验设备与方案

本实验采用A2C水陆两用轻小型飞机，航摄设备使用北航研发的POS、新型SWDC-4数字航空摄影相机和惯性稳定平台（见图1），机载GPS和地面基站均采用Trimble 5700型双频GPS接收机同步配合，采样频率均为10 Hz。航摄的具体情况见表1。

图1 实验设备

表1 航摄具体情况

其中，SWDC-4数字航空摄影相机的参数为：焦距50.2 mm，影像分辨率10 000×14 500像素，像元分辨率6.8 μm[5]，使用其所获取的影像是真彩色而非融合彩色，这为高质量影像成果获取奠定了基础。另外，在航摄飞行方面开发并集成了一系列的新技术以保证航摄飞行质量，如采用定点曝光技术确保高精度航拍，采用惯性稳定平台来有效地控制航片俯仰、侧滚和旋偏角等。

本次实验的标志采用圆形黑白相间（内黑外白）的标志，其中内圈采用黑色回光反射材料，直径为0.8 m的圆，外围采用白色回光反射材料，边长为1 m的正方形。

3 实验结果与分析

依据实验方案，分别于2012-05-23下午和2012-05-27下午进行了实验飞行，得到相关影像、POS与平台数据。为了检验POS辅助空中三角测量精度的影响因素，使用空三TG-AT软件对实验数据分别使用不同的附加参数进行平差处理。

其中，采用POS辅助空中三角测量技术加密的流程如下：数据准备-影像数据(相机信息文件、地面控制点坐标、摄站点坐标)-内定向-转刺外控点（选刺加密点）-相对定向-修测地面控制点和加密点粗差剔除-POS辅助光束法区域网平差-相邻测区接边-输出最后结果。

本实验主要使用不带附加参数的模型、带3个附加参数的Bauer模型、带12个附加参数的Ebner模型和带18个附加参数的Brown模型，进行平差处理，并对检查点的坐标精度进行了对比，如表2所示。

表2 5月23日平差结果/m

表3 5月27日平差结果

实验结果显示：

1）使用POS辅助光束法区域网平差的定位精度较高，从2组实验来看，其检查点的结果满足我国规范对于1∶500比例尺平地地形测图航测内业加密检查点坐标不符值平面不大于0. 175 m、高程不大于0.15 m的精度要求[7]；

2）2组实验均表明，采用附加参数的方法求得的结果比直接平差的结果精度高；

3）理论上X方向和Y方向的精度应该相当，然而实验表明Y方向的精度要高于X方向，这有可能是因为飞行方向所致；

4）高程方面的精度要低于平面精度；

5）23日的实验表明，随着附加参数个数的增加，平面和高程精度都有所提高，而27日的实验却在使用18个附加参数的Brown模型时精度不如12个附加参数的Ebner模型，说明选用的附加参数过多，有可能导致模型不稳定，究其原因，可能是27日飞行时天气情况不佳以及未能实时飞行检校场所带来的误差引起的；

6）选用3个附加参数时，相较不使用附加参数而言，精度提高很多；而选用18个附加参数相较12个附加参数时，精度提高不大，甚至有可能下降。

4 结 语

将POS系统所获得的影像外方位元素的结果代入空三运算，可获得较高的定位精度，满足我国现行规范对于1∶500比例尺平地地形图的航测要求。另外，本次实验也表明，在进行区域网平差时，有必要使用附加参数的模型来进一步提高精度，但在选取参数的个数时，并非是参数越多精度越高。随着附加参数个数的增加，精度提高的速度会逐渐放慢，所带来的运算量会随之增加，模型也会变得更加复杂和不稳定，因此推荐在使用POS辅助空三时，选取3个或12个附加参数来进行区域网平差。

[1] 李学友,赵荣军,李英成,等.IMU/DGPS辅助航测技术在大比例尺航测成图中的应用[J].测绘科学,2006,31(1):60-61

[2] 李学友.IMU/DGPS辅助航空摄影测量综述[J].测绘科学，2005(5)：111-114

[3] 袁修孝. POS辅助光束法区域网平差[J]. 测绘学报，2008,37(3)：342-348

[4] 郭大海,吴立新,王建超,等.IMU/DGPS辅助航空摄影新技术的应用[J].国土资源遥感,2006,67(1)：51-55

[5] 黄贤忠,张建霞,刘宗杰.国产SWDC航空数码相机及其应用[J].测绘通报，2009(9)：36-38

[6] 黄桂平.圆形标志中心子像素定位方法的研究与实现[J]. 武汉大学学报：信息科学版,2005,30(5)：387-391

[7] GB/I 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

Precision Analysis of POS-supported Aerotriangulation Based on Different Additional Parameters

byZHANG Heng

The application of the POS-supported aerotriangulation can not only effectively reduce the workload of field GCPs’ translocation in the traditional aerial triangulation, but also shortening the mapping cycle. However, in the process of POS-supported aerotriangulation,it may lead to different models and error equations by choosing diverse additional parameter. As a result, in the situation of highly required precision, it becomes such important by selecting additional parameters. In this paper, models were built by picking different additional parameters and analyzed reasons. And it may give some help on selecting additional parameters.

position and orientation system (POS), POS-supported aerotriangulation, additional parameters, accuracy analysis

P231.5

B

1672-4623（2013）02-0080-02

10.11709/j.issn.1672-4623.2013.02.025

2012-07-01。

项目来源：国家863计划重点资助项目(2008AA121301)。

张恒，硕士，研究方向为大地测量学与测量工程。