POS辅助空中三角测量在大比例尺航空摄影测量中的应用研究

刘爱霞　吴文静

摘 要：POS辅助空三技术的应用使得传统航空摄影测量摆脱了对于大量地面控制点的依赖性，在提高作业效率的同时也带来了很大的经济效益。该文结合具体的生产项目，对1∶1 000大比例尺测图中POS辅助空三的精度进行分析，并通过实验探讨像控点布设的最优方案，为POS辅助空三在1∶1 000成图中的应用提供技术依据。

关键词：POS辅助空中三角测量 像控点布设 最优方案 精度分析

中图分类号：P23 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0009-04

Abstract：POS supported aerial triangulation technology application make the traditional photogrammetry from the dependent on large number of ground control points，this can not only improve the operational efficiency，at the same time also brought great economic benefits.This dissertation mainly make Accuracy analysis of POS supported aerial triangulation in 1∶1 000 large scale digital mapping，and discuss the optimal solution of the control point layout through experiments.All of those provide a reliable technical support for the POS supported aerial triangulation application in 1∶1 000 large scale digital mapping.

Key Words： POS supported aerial triangulation； Control point layout； Optimal decision； Accuracy analysis

近几年，将POS系统应用到航空摄影测量领域成为研究热点。POS系统主要由GPS和IMU两个核心部件组成，GPS 用于获取影像的空间坐标，IMU 用于记录三个姿态角，将POS系统与航摄仪集成在一起，通过联合解算可以直接获取到每张像片的6个外方位元素。

POS 辅助航空摄影测量方法主要包括：

（1）直接定向法（Direct Georeferencing，DG）[1]，采用IMU/GPS辅助航空摄影技术，得到每张像片的外方位元素，实现无需地面控制点的航空摄影测量方法。

（2）辅助定向法（Integrated Sensor Orientation，ISO）[2]，即将POS系统获取的每张像片的外方位元素作为带权观测值参与摄影测量区域网平差，进而得到每张像片的高精度外方位元素。

该文重点研究了POS辅助定向法满足1∶1 000成图精度的像控点布设方案，为项目的进一步执行提供技术参考。

1 POS辅助空中三角测量

1.1 POS辅助空中三角测量

POS辅助空中三角测量，国际上也称为ISO（Integrated Sensor Orientation），是将基于GPS/IMU 组合系统直接获取的每张像片的外方位元素，作为带权观测值参与摄影测量区域网平差，获得更高精度的像片外方位元素成果。

POS辅助空中三角测量实际使用时，是将GPS/IMU获取的位置和姿态数据代入到空三运算中，利用像片匹配的连接点和地面控制点等辅助数据，可以获得更高精度的结果。国际上大量实验证明，即使仅用像片连接点，而不用地面控制点进行联合平差，也能大大提高GPS/IMU获得的外方位元素的精度，尤其是高程的精度和稳定性。如果再加入地面控制点，则整个模型非常稳健，计算结果的精度接近于常规空三结果。有研究结果表明，仅用1个地面控制点就达到很高的精度，使用2个地面控制点精度进一步提高，当加到3个、4个地面控制点时，精度虽有提高但已不明显，因此考虑到粗差的检测以及整体的稳定性，一般在测区4角加入地面控制点比较合理。

1.2 POS辅助空中三角测量的应用前景

目前我国国民经济的各行各业对大比例尺图件的需求与日俱增，由于传统的空中三角测量的精度受各种条件的限制，而POS辅助空三加密技术可以弥补传统空三加密的缺陷，不仅改变了过去先进行航摄、接着对外业的像片控制点进行测量 ，最后进行内业的空三加密工序流程，而且提高了精度，减少作业的程序。提高了作业效率，为最终实现数字摄影测量的自动化生产奠定了坚实的基础。进一步将空三加密成果精度得到提高，使大比例尺成图精度达到国家规范要求有了更高的保障。所以，POS辅助空中三角测量的技术更加完善，其应用即将更加广泛。

同时，POS辅助空中三角测量解决了西部困难重重的地形复杂地区，无法进行外业控制测量的难题，使得测绘小比例尺图件成为现实。相信，不久的将来在我国所有的疆域上不再有测绘者不能测量的地方，使航空摄影测量在我国国民经济发展的西部大开发中发挥更大的作用。

2 实验研究

2.1 项目概况

新疆测区地处我国西北边陲，地形以山间平原盆地和河谷地为主。测区东北部多为山地，海拔较高；其他地区以山间平原盆地和低矮丘陵为主，地势比较平坦，地形起伏不大。地形类别以平地、丘陵地为主，包含部分山地。

该实验数据选用新疆项目所获取的航空影像，采用POS辅助航空摄影技术，所使用的相机为UCXp相机，相机焦距为100 mm，CCD面阵像元数为17 310×11 310，像元尺寸为6 um，设计影像地面分辨率为0.08 m，相对航高为1 330 m。该实验选取了5条航线，每条航线约27张影像，共计133张影像。空三加密采用常规空三， POS辅助空三四点法、五点法、六点法进行区域网平差计算。