基于国产SWDC航摄仪的稀少控制航测应用

张建霞

(闽江学院地理科学系，福建 福州 350108)

基于国产SWDC航摄仪的稀少控制航测应用

张建霞

(闽江学院地理科学系，福建 福州 350108)

稀少控制航测可以大大减少外业测绘的工作量，随着GPS辅助航测技术的发展，使稀少控制测绘成为可能。本文以国产SWDC航摄仪为研究基础，阐述了GPS辅助数码空中三角测量的原理、技术流程及具体测区稀少控制的典型航测试验。结果表明，SWDC航摄仪的航测精度满足1∶1万地形测绘需求，验证了国产SWDC实施稀少控制航测的应用可行性。

数字航摄仪; 稀少控制; 摄影测量; SWDC; 空中三角测量

随着数字航摄仪的研究、应用与发展，当前我国已进入数字航测时代，实现稀少控制(甚至是无控制)航测一直是摄影测量领域追求的目标之一[1]。当前我国航测领域主要使用的数字航摄仪有进口的DMC、UCX和ADS三大系列，以及刘先林院士研发的国产SWDC系列。经过近10年的航测生产及应用研究，国产SWDC数字航摄仪在我国航测中具有适合我国测绘现状的特点。本文以国产SWDC数字航摄仪为基础，探讨在GPS辅助数码空中三角测量条件下的稀少控制航测[2-3]。

1 SWDC数字航摄仪

国产SWDC数字航摄仪主体由4个高档民用相机(单机像素数为3900万或2200万，像元大小6.8 μm或9 μm)经外视场拼接而成(如图1和图2所示)，SWDC的相关技术指标见表1。SWDC的关键技术是多相机高精度影像拼接，即虚拟影像生成技术，可实现空中无摄影员的精确GPS定点曝光[4]。

图1 SWDC航摄仪

图2 拼接四镜头

表1 SWDC主要技术参数

为了大幅度地减少地面控制点的数量，进而减少航测外业工作量，在SWDC硬件系统中集成了GPS，配置的GPS为高精度测量型，其采样频率为10 Hz，静态或准静态的标称精度为5 mm+1×10-6D(RTK或后处理动态差分的标称精度为20 mm+1×10-6D)。在摄站GPS数据的后处理中，采用了基于精密星历(IGS组织提供)的精密单点定位技术(precise point positioning，PPP)，地面无需架设地面GPS差分，即SWDC数字航摄仪采用了GPS辅助摄影测量技术，为实现稀少控制航测奠定了基础。基于SWDC的GPS辅助数码航测生产作业流程如图3所示。

图3 SWDC航测作业流程

2 GPS辅助区域网平差数学模型

GPS辅助光束法区域网平差就是利用GPS确定的精确摄站坐标作为辅助数据参加摄影测量与非摄影测量观测值的联合平差，以达到用GPS摄站作为空中控制来取代地面控制的目的，从而使地面控制大大减少，使之少到只利用其来解决数据基准和消除GPS数据系统误差的程度。其联合平差的数学模型表达如下[5-6]

(1)

式中，VX为像点坐标；VC为地面控制点坐标；VS为虚拟自检校参数；VG为GPS摄站坐标观测值改正数向量，该方程即是将GPS摄站坐标引入摄影测量区域网平差时新增的误差方程式；x为加密点坐标未知数增量向量；t为外方位元素未知数增量向量；c为自检校参数向量；r为偏心分量未知数增量向量；d为漂移误差改正参数向量；A、B为相应于t、x未知数的系数矩阵；C为相应于c未知数的系数矩阵，随选用像点坐标系统误差改正模型的不同而变化。

3 稀少控制航测试验

3.1 试验概述

试验测区为湖南省邵阳地区，属于特困难地区(以丘陵、山地为主)，测区总面积约3500 km2，本试验为国家1∶1万基础测绘生产性项目。航摄平台为运-5飞机，使用的航摄仪为SWDC-4型，测区地面点设计为四角控制点、区内检查点的方式，为实现稀少控制，航线设计中加飞构架航线。具体的航摄设计参数见表2，获取的影像示例如图4所示。

表2 航摄参数

图4 航摄影像

3.2 地面控制

地面控制采用测区四角控制点、区内检查点的方案，所有点均采用航测影像刺点的方式。测区内共计布设了4个测区控制点，130个检查点，具体的点分布情况如图5所示。地面点的平面坐标系统为CGCS2000，高程采用的是1985国家高程基准。

3.3 GPS辅助数码空三加密

空三加密采用GPS辅助光束法区域网平差的方法，即地面四角控制点作为测区的大地定向点，并引入摄站GPS空间坐标进行联合平差。平差的平面坐标系统为CGCS2000，高程系统为1985国家高程基准，按1∶1万内业空三加密限差要求执行：定向点平面限差3 m，高程限差0.8 m；检查点平面限差3.5 m，高程限差1.0 m[7-9]。

图5 地面布点示意图

本次光束法区域网平差采用PBBA软件(中国测绘科学研究院研发)，平差区域涉及基本航线14条，构架航线2条，航向基线跨度为50根(51帧影像)，加密区域的总影像数为802帧，区域的航向长度约70 km，旁向长度约50 km，对应的地面总面积约3500 km2。区域网平差时，相关的参数设置见表3。

表3 空三加密参数设置

3.4 精度统计

经过GPS辅助光束法区域网平差所得到的精度情况包括地面定向点的精度统计及区域内检查点的精度统计，见表4和表5。

表4 地面定向点精度统计 m

表5 检查点精度统计 m

由表4、表5可知，4个区域定向点的X、Y和高程3个方向的较差(真误差)均小于30 cm；测区内130个检查点的平面精度优于80 cm，高程精度优于40 cm。可见在GSD为40 cm、测区四角4个控制点的情况下，GPS辅助空三加密的平面精度优于2个GSD，高精度精度优于1个GSD。

采用SWDC数字航摄仪，在地面分辨率(GSD)40 cm、航向50根基线跨度、旁向14条航线跨度、区域两端2条构架航线、802张影像、航向重叠度65%、旁向重叠度35%、测区4个角点参与空三区域定向(测区面积约3500 km2)的情况下，130个检查点的平面精度为76.1 cm，高程精度为39.4 cm，完全满足1∶1万的地形测绘生产[9-10]。

4 结 语

本次湖南邵阳测区试验是一次生产性试验(国家1∶1万基础测绘项目)，首次实施基于SWDC航摄仪的大面积稀少控制航测。试验区检查点的数量较多(130个，由湖南省测绘三院外业施测)，并采用刺点方式，对SWDC航测生产在航摄设计和外业控制点设计等方面有重要的参考价值和借鉴意义。本次试验可在无GPS地面差分基站、无IMU、有GPS摄站、有构架航线的条件下，在测区四角刺点的情况下，实现地形困难地区的稀少控制航测，对于我国地形复杂困难测区的测绘生产有较大的意义。

[1] 万幼川,张永军.摄影测量与遥感学科发展现状与趋势[J].工程勘察,2009(6):6-12.

[2] 张建霞.基于SWDC的数码航空摄影测量研究与应用[M].徐州:中国矿业大学出版社,2015.

[3] 张建霞. 基于SWDC数字航摄仪的界址点测量应用初探[J].测绘科学,2015，40(3):136-140.

[4] 张建霞,刘宗杰,刘先林.国产数码航摄仪应用于我国西部测图分析[J].测绘科学,2010，35(1):36-38.

[5] 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.

[6] 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.

[7] 程鹏飞,成英燕,文汉江,等.国家大地坐标系实用宝典[M].北京:测绘出版社,2008.

[8] 党亚民,秘金钟,成英燕.全球导航卫星系统原理与应用[M].北京:测绘出版社,2010.

[9] 张小红,刘经南,RENE F.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.

[10] 国家测绘局.1∶5000、1∶10000 地形图航空摄影测量内业规范：GB/T 13990—92[S].北京:测绘出版社，1993:7-11.

ApplicationofAirSurveyintheSurveyingRegionwithSparseGCPSBasedonDomesticSWDCAerialCamera

ZHANG Jianxia
(The Department of Geography, Min-Jiang University，Fuzhou 350108，China)

The field surveying workload is sharply reduced with sparse control photogrammetry. It is possible for the realization of sparse control photogrammetry with the development of GPS aided by air survey. This paper dwells on the theory, the technology flow of GPS-aided triangulation, and classical photogrammetry test in the surveying region with sparse GCPS based on SWDC digital aerial camera. The test result shows that the surveying precision of SWDC meets the demand of the topographic survey with the scale of 1∶10 000. Furthermore, it is testified that the domestic SWDC is able to the application in the surveying region with sparse GCPS.

digital aerial camera; sparse control surveying region; photogrammetry; si wei digital camera; aerial triangulation

张建霞.基于国产SWDC航摄仪的稀少控制航测应用[J].测绘通报，2017(10)：140-142.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0333.

2017-02-06

福建省自然科学基金(2017J01663)；福建省教育厅项目(JAT160397)

张建霞(1975—)，男，博士，副教授，主要从事数字航空摄影测量的教学与科研工作。E-mail：hpujszjx@163.com

P241

A

0494-0911(2017)10-0140-03