POS辅助数码航空摄影测量在数字城市平台建设中的应用

汪本荣

（安徽省第三测绘院，安徽 合肥 230601）

0 引 言

数字城市平台作为一种城市运行、建设情况虚拟化呈现的重要方式，依托于计算机技术、多媒体技术、存储技术等，在定位系统、地理信息系统的支持下，从多个维度展现出城市范围内人与人、人与环境之间的相互关系，是城市整体规划、日常管理的主要手段。为提升数字城市平台信息获取的实时性与准确性，文章尝试通过POS辅助数码航空摄影测量的方式，实现城市信息的快速捕捉，为数字城市平台建设提供信息源。

1 POS辅助数码航空摄影测量技术概述

为充分发挥POS技术的辅助作用，不断提升数码航空摄影测量的精确度，观测人员在优化技术应用方案之前，有必要着眼于实际，对POS技术原理、数码航空摄影测量进行全面分析，形成系统的认知，为后续相关技术应用活动的开展提供方向性引导。

1.1 数码航空摄影技术特性分析

数码航空摄影技术以飞机作为主要载体，通过航摄相机对目标区域进行连续性摄影获取图片数据，并在此基础上通过对地面控制点、立体测绘工作的联动形成区域性地形图。数码航空摄影获取的数据境地较高，受环境因素影响较小，是目前我国主流的一种地理信息观测手段，被广泛应用于灾害预警、资源开发和环境保护等领域[1]。随着技术手段的不断丰富与成熟，数码航空摄影技术将GPS导航系统纳入自身框架内，实现了空中三角测量，使得数码航空摄影技术的测量精度稳步提升。但是，从技术层面来看，GPS技术难以实现数码航空摄影的动态化管控，难以实现连续性影像资料获取。基于这种实际，相关技术团队在数码航空摄影技术应用环节尝试引入POS技术，期望借助POS技术的定位导航能力，辅助数码航空摄影技术开展监测活动。

1.2 POS技术原理分析

POS作为一种新型定向定位系统，实现了GPS导航与惯性导航的有效衔接，弥补了过往数码航空摄影技术在信息获取连续性等方面的不足，完善了整个摄影流程。同时，POS技术的参与，使得数码航空摄影对于地面控制点的依赖性大幅度降低，无形之中缩小了操作难度，提升了实用性，降低了技术使用成本。此外，在相关技术的支持下，POS使得数码航空摄影不需要空中三角测量，也能够快速实现图像信息的定点传输。这些技术优势，使得POS辅助数码航空摄影成为一种可能。从技术层面看，POS技术将GPS导航系统、惯性导航系统融合起来，从而使得POS具有一定的独立性，能够在不依靠外界控制设备、控制指令的情况下进行自主导航，并在导航过程中提供空间方位、运动时刻以及水平基准等基本信息。由于合理使用GPS技术，POS技术的测量精度进一步提升，使其具有极强的续航能力，满足大范围数码航空摄影技术的使用需求。这种技术特性使得POS技术实现了GPS定位、惯性导航的优化组合，不断增强观测结果的准确性，减少外部环境对整个技术活动的干扰，避免观测过程中出现信号丢失或者跳转的情况，从而有效控制观测误差，提升了整个观测的准确性[2]。POS技术对于惯性导航技术的应用，使得其在内部形成独立单位，有效规避外部环境对观测定位工作的影响，从而在复杂的环境下顺利完成导航定位工作，实现高频率的定位信息发送与获取。正是由于POS技术的优势，越来越多的数字航空摄影技术人员在定位技术选择过程中将POS作为首选，实现导航定位的升级，强化影像数据的传输能力，为后续相关数据开发、应用工作的开展奠定了坚实基础。

2 数字城市平台建设基本要求

数字城市平台在建设、运行过程中涉及多种硬件设备、软件系统的参与。基于这种认知，为了理顺数字城市平台建设的基本流程，确保POS辅助数码航空摄影测量技术的应用效果，观测人员有必要分析数字城市平台建设的基本诉求，确保POS辅助数码航空摄影测量技术应用的有效性。

数字城市平台在建设过程中，需要自然资源、社会资源和基础设施等空间信息的参与。为实现各类数据的科学高效使用，在数字城市平台建设环节需要技术人员做好相应的技术处理与应对，提升数据信息存储、交互和处理的有效性。数字城市平台的这种技术特性，要求在平台建设过程中做好城市相关数据信息的收集、汇总、处理以及调用工作，确保数字城市平台相关信息呈现的完整度和有效性，帮助用户在短时间内准确掌握相关区域的自然环境和人文风俗。考虑到我国城市化进程较快，数字城市平台建设对于空间信息的时效性有着较为严格的要求。通过实时更新信息数据，能够在短时间内快速获取各类信息，实现数据信息的快速更新，真实、完整地呈现出城市的变化情况[3]。基于上述需求，数字城市平台在实际构建环节需要借助必要的技术手段，保证空间数据信息获取的实时性与准确性，从而为用户提供整体性的城市规划和管理信息。

3 POS辅助数码航空摄影测量技术在数字城市平台建设中的应用方法

POS辅助数码航空摄影测量技术在数字城市平台建设中的应用涉及多个层面的内容。为推动平台建设的有序开展，增强测量技术应用效果，观测人员应当在科学性原则、实用性原则的引导下，结合相关技术原理与技术特性，转变技术应用思路，采取更有效的手段，促进POS辅助数码航空摄影测量技术在数字城市平台建设中的应用。

3.1 做好控制点布设工作

为有效发挥POS的辅助能力，在使用数码航空摄影测量技术的过程中，观测人员需要根据区域地理特性做好控制点的布设工作。具体来看，在布设工作之初，观测人员应当依据《POS系统应用航空摄影试飞方案》等技术规范，结合观测要求，有针对性地做好控制点的布设工作。通过必要的控制点布局，进一步提升整个POS技术的辅助能力，实现数码航空摄影测量技术在摄影环节的高效应用，使得观测人员能够根据测量需求方便灵活地开展数码影像的获取工作[4]。

3.2 科学规划地面站布局

在数码航空摄影测量技术应用过程中，为了进一步发挥POS技术的辅助作用，除了进行必要的控制点布设工作之外，还要在测量区域内布设一定数量的基准站。但是，考虑到基准站观测数量与数码航空摄影精度之间的关系，观测人员根据GB/T18314与GJB2228-1994等技术规范的规定，结合过往相关实践工作的有益经验，需做好POS技术中GPS基准站的选址工作。

3.3 开展POS外方元素解算

在使用POS对数码航空摄影进行辅助性定位、导航的过程中，考虑到观测环境的复杂性，观测人员在实际操作环节需要借助于相关软件做好POS外方元素解算工作。具体操作环节，观测人员使用偏心角解算的方式，在获取校场空三加密数据后，依托POS原始数据和相关基准站数据，利用PosPac等软件对数码航空摄影过程中偏心角进行必要的计算，细化观测对象不同的观测角度，增强整个数码航空摄影技术对于目标观测对象数据资料获取的有效性。

3.4 进行必要的空三处理

现阶段，部分软件没有很好地支持POS空三处理工作要求。基于这种实际，观测人员对POS进行空三处理环节使用LPS软件，建立一定的空间坐标系，通过LPS软件使得数码航空摄影测量获取的各项数据能够进行影像的生成、放大、缩小等工作，为数字城市平台建设提供技术支持[5]。

4 实例分析

考虑到目前POS辅助数码航空摄影测量技术应用经验积累不足，在实际应用环节存在漏洞。为有效应对上述情况，发挥技术优势，确保数字城市平台建设水平，观测人员有必要立足于实际，通过分析典型案例总结经验，理顺技术应用流程，为后续相关数字城市平台建设和数码航空摄影测量技术的应用提供借鉴。

以五河县为例，其地处皖东北淮河中下游，因境内淮、浍、漴、潼、沱五水汇聚而得名。它地处东经117°26′～ 118°04′，北纬 32°54′～ 33°21′，县境东西长约56 km，南北宽约45 km，边界长约230 km，总面积1 580 km2，东接江苏省泗洪县，南与明光市、凤阳县接壤，西与蚌埠市龙子湖区、固镇县毗邻，北接泗县、灵璧县。它的数字县域航摄与测图范围如图1所示。

图1 为五河县数字县域航摄与测图范围

根据相关部门的工作要求，对五河县城区约80 km2的范围进行地面分辨率为0.1 m的彩色数字航空摄影。采用摄影测量方法进行数字正射影像图（DOM）制作和50 km2的1:1 000比例尺数字线划图（DLG）测绘，并在此基础上获取相关数据信息，完成该区域数字城市平台的建设。基于五河县的观测需求，观测人员在使用POS技术辅助数码航空摄影的过程中，在GB/T 15967-2008《1:500 1:1 000 1:2 000地形图航空摄影测量数字化测图规范》等技术规范的引导下，进一步掌握数码航空摄影测量的精度要求，提升POS技术应用的合理性与有效性。在这一思路的指导下，观测人员提前进入观测区域，根据1:2 000的比例尺测量精度要求，合理设置观测点。例如，工作人员在100 km2的范围内设置42个控制点，在观测过程中分别使用大理石、木桩等标记控制点，并在此基础上逐步形成完备的控制点布机制，为后续数码航空摄影工作的开展奠定了坚实基础。在对五河县进行数码航空摄影测量的过程中，观测人员对基准站进行了合理设置，初步完成布局后，组织人员评估基准站布局的合理性和科学性，根据评估结果调整基准站设置空间位置，不断提升整个测量结果的准确性。五河县在使用POS辅助数字航空摄影技术的过程中，通过像片控制测量、空三加密以及数字正射影像等手段，确保技术的有效衔接。例如，观测人员通过像控点点位布设合理，数量满足空三加密需要，点记清晰、准确，测量精度符合规范与技术设计要求。同时，在数学基础、相机参数正确，匹配连接点组网合理，平差精度符合规范与设计要求的基础上进行技术方案的完善与优化。在完成上述技术活动中，为增强数据呈现的直观性，观测人员需要做好数字高程模型制作工作，保证数据接边完好，内插生成的高程表达正确，地形反映清晰明了，无明显错点数据，高程精度符合规范与设计要求。

表1 性能测试结果

5 结 论

POS辅助数码航空摄影测量技术有效提升了数码航空摄影的可操控性、信息采集的实时性以及数据传输的稳定性，充分满足数字城市平台建设的相关技术要求。文章立足于实际，从多个层面出发，采取针对性的技术应用手段发挥POS技术作用，促进了数码航空摄影技术水平的提升，确保该项技术手段在数字城市平台建设中能够合理高效使用。