差分GPS辅助空三在大比例尺测图中的应用

宋占军 郑玉凤

摘 要：该文利用动力三角翼搭载的光学像机和GPS接收机获取的大比例尺光学影像和GPS数据，利用VirtuoZoAAT空三加密软件和PATB平差软件进行GPS辅助空中三角测量实验，研究差分GPS辅助空中三角测量在大比例尺测图中的应用，选用几种布点方案进行实验分析，从加密精度和减少外业像控点入手，找到最佳的实验方案。

关键词：差分GPS 空中三角测量 大比例尺测图 数字城市

中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）01（b）-0024-02

航空摄影测量技术的发展为人们高质量地获取城市数字信息提供了高效手段[1]，随着我国数字城市建设的浪潮逐渐的掀起，对大比例尺航空摄影测量技术的需求也越来越剧烈，而传统的空中三角测量需要大量的外业像控点才能保证空三加密的精度，从而导致了外业工作量大、周期长，从而影响了摄影测量的作业效率，增加了生产成本。目前的研究结果表明：GPS摄站坐标在区域网联合平差中是极其有效的，只需要中等精度的GPS数据即可满足测图的要求[2]，其次，外方位线元素的利用一般比角元素更有效。并且由于GPS差分技术的日益完善和精度的逐渐提高[3]，利用GPS差分技术已能准确的获取光学像机的三维坐标，使其参与到空三中进行联合平差，可以减小大量的外业像控点，从而提高作业效率，节约时间和人力成本。差分GPS辅助空中三角测量已经在许多生产实践中得到了大量的应用，尤其是在中小比例尺地图测绘中的应用十分广泛，但随着数字城市建设中对大比例尺航空影像的迫切需要，找到一种效率高、成本低的空中三角测量方法也十分必要。该文以此作为出发点，探讨差分GPS辅助空中三角测量在大比例尺地图测绘中的应用，将选用几种布点方案进行对比试验，以找到一种高效的最佳的实施方案。

1 数据获取

该次选用的涿州地区的1∶2000比例尺航空影像数据，航摄日期为2011年3月5日，地形以平原丘陵为主，共计3条航带，每条航带30余张影像，共计101张影像。空三软件为VirtuoZoAAT，平差软件为：PATB平差软件。处理动态差分GPS数据软件为：Trimble Total Control。该次试验在测区架设两个GPS地面基准站，并保证飞机起飞前提前50 min开机，在飞机飞行期间一直保持开机状态，并且两台地面接收机的数据接收频率与飞机上GPS的频率相同，都设置为2 Hz，飞机上的GPS天线安装在飞机机头的前部，确保飞机在遇到气流产生摇晃的情况下机身不会遮挡GPS信号。获得飞行数据后，首先进行GPS差分解算。由于GPS天线与像机不在同一位置，故在平差前先将GPS的解算的坐标数据转换到像机中心的位置，最后获得像机的准确位置，依据的计算原理如公式1所示，其中XA，YA，ZA为GPS天线相位中心位置，XS，YS，ZS为光学像机摄影中心位置，R为像片姿态角所表示的正交变换矩阵，u，v，w为GPS天线相位中心位置在像片坐标系中的坐标。

2 GPS辅助空三解算及分析

为了验证在有无差分GPS的辅助下，不同的布点方案对平差结果精度的影响，该次采用10种方案进行比较，以获得最佳的方案，10种布点方案的布点情况和检查点中误差如表1所示。

从表1可以看出，很明显在测区布设很少的控制点的情况下，有GPS参与平差（如方案2）比没有GPS辅助的情况下，平差结果精度能够明显的提高，这就说明有GPS辅助下对平差的精度有了明显的改善。随着控制点数量增加到三排点的情况下（方案8），平面精度为0.19 m，高程为0.18 m，已经能够满足1∶2 000比例尺空中三角测量的精度要求，要比没有GPS辅助下的全野外布点方案大大减少了控制点数量，所以方案8为最佳方案。值得注意的是随着控制点数量的增加，有无GPS辅助对平差精度并没有明显的提高，这就说明该系统的GPS获取的像机位置坐标有待进一步提高。

3 结语

该文为了验证差分GPS在大比例尺航空影像中的可行性，利用大比例尺航空影像，通过不同数量的控制点和有无GPS辅助的情况下进行空三加密，经过精度比较，从而得出了差分GPS在少量的地面控制点的情况下可以达到规范中对空三的精度要求，从实验结果可以看出，在GPS辅助下可以有效的减小外业像控点数量，从而减轻外业工作量和资金投入。随着大比例尺航空影像的需求与日俱增，传统的空中三角测量的精度由于受各种条件的限制，加密成果精度难以达到大比例尺地形图精度的需要，而GPS辅助空三加密技术可以弥补传统空三加密的缺陷，将空三加密成果精度进一步提高，从而进一步保证了大比例尺成图精度，从而满足我国数字城市建设中对大比例尺航空测图的需求。

参考文献

[1] 常歌.基于遥感数据的城市景观建模技术研究与实践[D].中国人民解放军信息工程大学测绘学院，2001.

[2] 孙晓华，朱长春.GPS辅助空中三角测量原理及应用[J].江西测绘，2010：30-31.

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