机载GPS辅助在数字祁阳大比例尺地形图航测中的应用

2016-12-15刘礼衡

测绘通报 2016年9期

关键词：祁阳航空摄影检查点

刘礼衡

(湖南省第一测绘院，湖南衡阳 421001)

机载GPS辅助在数字祁阳大比例尺地形图航测中的应用

刘礼衡

(湖南省第一测绘院，湖南衡阳 421001)

通过对祁阳1∶1000地形图机载GPS辅助航空摄影及机载GPS辅助空三的生产应用进行精度分析，提出利用机载GPS进行辅助航摄，获取高精度、快捷、经济的航空摄影测量成果的技术方案，以供国内大比例尺航测生产同行进行借鉴。

POS;机载GPS辅助;航测;成图精度

近年来，笔者所在单位利用武汉大学机载GPS辅助空三研究成果在大比例尺成图应用方面进行了许多探索和实践，在提高成图精度和减少外业像片控制工作量上取得了实质性的突破。本文拟结合祁阳1∶1000航测实际生产项目，对利用机载GPS辅助航空摄影的作业方式、精度报告、传统规范约束等方面进行剖析，以期能够对国内大比例尺航测成图提供借鉴。

一、项目情况及机载GPS辅助航摄方案

本项目是湖南省数字城市的一部分,其中祁阳测区1∶1000地形图成图范围为200 km2，属于丘陵地区，按照武汉大学机载GPS辅助空三的技术要求和采用的航摄仪情况,共布设测图航线20条,构架航线3条。分两个加密测区，共布设像控点8个，每个加密测区均匀布设10～20个检查点以评定加密精度和检查像控点的正确性。本文以该项目第2区为例,以进行记载GPS辅助航摄及空三精度剖析。

第2区位于测区南部，航摄东西跨度14 km，南北跨度15 km，实际航摄覆盖面积为210 km2。考虑到季节风的影响，测图航线南北布设20条，构架航线东西布设2条，在测区四角布设4个像控点(P003、P006、P007、P008)，均选刺在平房顶角，具有良好的判读性，如图1所示。

二、精度与工作效率剖析

1. 机载GPS辅助空三加密精度分析

考虑到投影变形的影响，本次项目中央子午线选择为东经112°，相应的机载GPS摄站坐标均投影到112°中央子午线。该区域像片数量为1503片，采用WuCaps空三软件进行自动连接点提取，最终将像控点、摄站坐标、曝光时刻等一起在WuCaps软件下进行平差。

图1 祁阳机载GPS辅助航摄及像控布点方案

(1) 像片量测中误差

该加密区经自动选取模型连结点和人工粗差剔除，有效连结点共189 961个，经平差计算，像方中误差Rx=0.5 μ,Ry=0.5 μ。

(2) 大地定向点坐标残差

根据《祁阳县1∶1000航空摄影测量项目技术设计书》和国家相关技术规范要求，本项目定向点坐标残差限差平面为±0.30 m，高程为±0.26 m，其中定向点坐标残差最小值平面为0.031 m，高程为-0.001 m；定向点坐标残差最大值平面为0.056 m，高程为-0.023 m。满足1∶1000地形图航测技术规范的要求，详见表1。

表1 平高控制点的定向残差 m

(3) 检查点坐标不符值

在本加密区，为了评定和检查加密精度及像控点是否存在错误或粗差，在测区内部均匀布设了18个检查点，量测精度与像控点相同。

根据国家技术规程，本项目检查点坐标不符值限差平面为±0.5 m，高程为±0.4 m；其中，检查点坐标不符值最小值平面为0.013 m，高程为-0.003 m；检查点坐标不符值平面最大值为0.105 m，高程为0.137 m；检查点坐标不符值中误差平面为±0.061 m，高程为±0.041 m，见表2。

表2 检查点的坐标不符值 m

(4) GPS摄站坐标观测值残差

本项目测图航线和构架航线GPS摄站坐标共1503个，其GPS摄站坐标残差最小值平面为0.010 m，高程为0.003 m；GPS摄站坐标残差最大值平面为0.338 m，高程为0.237 m；GPS摄站坐标残差中误差平面为±0.087 m，高程为±0.035 m。

(5) 对机载GPS系统误差的改正

本项目采用高动态量测型机载GPS完成机载GPS辅助相片外方位元素线元素的观测工作。在项目飞行过程中，GPS进行长达4 h的连续观测，由于GPS观测值随时间存在线性漂移，从航摄第一张航片到最后一条航片曝光时间间隔3个多小时，其直接内插解算的线元素由于GPS漂移量累计的影响是不能直接用于机载GPS辅助空三平差的，在本项目的空三解算过程中，利用WuCaps对航线机载GPS观测值进行漂移量改正，以达到消除漂移量的累计，使最终内插的线元素满足本项目机载GPS辅助空三的需要。

通过对加密数据进行分析，对于布设构架航线的区域网，机载GPS辅助航摄在四角布设4个平高控制点，其加密精度是完全可以满足国家相应比例尺航测技术规范精度要求的。

2. 地形图检测精度分析

利用上述机载GPS辅助空三平差结果,在数字摄影测量工作站上恢复立体模型,采集地物要素,野外使用湖南CORS站RTK实地采集相比对，进行中误差统计。其中，野外实地采集RTK平面486个点，进行平面中误差统计,平面最大误差为±0.56 m，平面中误差μx=±0.14 m、μy=±0.20 m，即地物点的平面位置精度达到了±0.25 m(规范允许值为±0.6 m)；同样利用RTK实地选择明显位置测定211个高程检测点,高程最大误差为0.42 m，统计高程中误差μz=±0.29 m(规范允许值为±0.5 m)。从以上数据可以明显看出,采用机载GPS辅助航摄和完善的机载GPS辅助空三软件，利用四角布设4个平高控制点是完全可以满足国家现行摄影测量大比例尺地形图成图精度要求的。

3. 野外控制工作量分析

本项目根据武汉大学机载GPS辅助空三WuCaps软件的要求，布设4个平高控制点，另外测区均匀布设了18个平高检查点，以检测和评定该区加密精度。而按照常规技术规范要求，该测区大约需要布设300个平高控制点才能满足最终地形图成图的要求，由此可见，采用机载GPS辅助航摄和有效的机载GPS辅助空三软件，可以大幅度减少野外控制工作量，提高作业效率。

三、结束语

从本项目的实际实施情况和大量的精度统计分析得出结论：采用机载GPS辅助航摄技术和利用武汉大学的机载GPS辅助空三软件进行作业，不仅可以减少野外像片控制工作量(大约为传统航摄野外像片控制工作量的5%)，更重要的是利用航测技术直接获得满足国家技术规范要求的地形图平面和高程精度，可以创造良好的经济效益和社会效益。

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TheApplicationofAirborneGPSAssistanceintheDigitalQiyangLargeScaleReliefMapfromAerialPhotogrammetry

LIU Liheng