GPS辅助空三加密在摄影测量中的应用.doc

GPS辅助空三加密在摄影测量中的应用 周晓云（广西第二测绘院 广西柳州 545006） 【摘　要】　介绍了GPS辅助空中三角测量的基本原理，利用广西百色地区1∶10 000 GPS辅助空三加密的实际作业，表明GPS辅助空中三角测量在山区地区可以明显减少地面控制工作的同时，测量精度依然能达到生产要求。【关键词】　摄影测量 空中三角测量 空三加密 GPS辅助 构架航线　　0 引言　　空中三角测量是立体摄影测量中，根据少量的野外控制点，在室内进行控制点加密，求得加密点的高程和平面位置的测量方法。其主要目的是为缺少野外控制点的地区测图提供绝对定向的控制点。空中三角测量一般分为两种：模拟空中三角测量即光学机械法空中三角测量；解析空中三角测量即俗称的电算加密。空中三角测量经历了模拟法和解析法两个阶段，现在已经向全数字自动化迈进。　　解析空中三角测量是指用计算的方法，根据航空像片上量测的像点坐标和少量地面控制点，采用较严密的数学公式，按最小二乘法原理，用数字电子计算机解算待定点的平面坐标和高程。解析空中三角测量目前常用的方法是区域网平差。区域网平差是指在由多条航线连接成的区域内进行控制点加密，并对加密点的平面坐标和高程进行的整体平差。进入数字摄影测量以后，“加密点”的涵义只是要将影像连接成航带、连接成区域，将整个区域的影像连接，构成一个整体。　　1 GPS辅助空三加密的特点　　众所周知，航摄像片的定向一直是摄影测量的基本问题之一。根据摄影几何反转原理，为了重建可量测的几何立体模型，首先必须要知道像片的内、外方位元素。长期以来，像片的内方位元素主要是实验室采用物理方法检定的，而像片的外方位元素则主要依靠空中三角测量和大量地面控制点来间接解求。　　GPS辅助空中三角测量是利用安装于航摄飞机上与航摄仪相连接的和设在地面上一个或多个基准站上的至少两台GPS信号接收机同步而连续观测GPS卫星信息、同时获取航空摄影瞬间航摄仪快门开启脉冲，通过GPS载波相位测量差分定位技术的离线数据后处理获取航摄仪曝光时刻摄站的三维坐标，然后将其作为附加观测值引入摄影测量区域网平差中，经采用统一的数学模型和算法以整体确定物方点位和像片方位元素并对其质量进行评定的理论、技术和方法。　　摄影测量区域网平差分为航带法、独立模型法和光线束法三种类型。它们所解求的未知数除加密点的三维坐标以外，还与像片的外方位元素有关，这是一组与GPS确定的摄站坐标密切相关的量。由于，航带法解求的是自由航线网的非线性变形改正参数，独立模型法解求的单元模型的空间相似变换参数，光束法解算的未知数直接为航摄像片的外方位元素，因而最便于引入GPS摄站坐标。而且，理论上讲，三种平差方法中光线束法是最为严密的摄站测量平差方法。　　2 GPS辅助光束法区域网平差原理　　GPS辅助光束法区域平差就是利用相位差分动态GPS定位技术精确测定摄影中心的三维坐标，将它们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点的目的，使区域网平差所需的地面控制点大大减少，使之少到只要解决数据基准和削除GPS数据系统误差的程度。一般只要在区域的四角布设4个平高地面控制点，再在区域两端布设两排高程地面控制点或是加摄两条垂直构架航线就足够了（如图1）。图1是国际上推荐使用的地面控制方案：在区域四角布设四个平高地面控制点，且在区域两端布设两排高程地面控制点或加摄两条垂直构架航线[2] 。图1（a）为四角平高控制点+两排垂直高程控制点；图1（b）为四角平高控制点+两条垂直构架航线。一旦这些控制点可从已有的高等级国家大地测量控制网点中找到，就相当于取消了航测外业中艰苦的像片野外控制联测工作。这对于缩短航测成图周期、减少或免除在困难地区或人员不可能到达地区的航测外业工作具有及其重要的意义。而且，推广使用后，将会改变航测生产的产业结构，明显提高生产效率。 图1 　　研究表明，GPS摄站坐标能明显地稳定区域网平差的精度和可靠性。事实上，当代的全数字化摄影测量系统均具有GPS辅助光束法区域网平差的功能。　　3 GPS辅助空三加密在实际生产中的应用　　以百色测区1：10000 GPS辅助空三加密项目为例，使用了PBBA光束法自动空中三角测量系统GEOLORD_AT（JX4）进行空三加密。本测区属于山区丘陵地带。覆盖1：1万地形图共1056幅，约31114平方公里。共划分为4个航摄分区，8个加密分区，计划布设10条构架航线。　　以百色测区2区为例，该区域有18条航线，其中2条垂直构架航线。每条航线像片数一般50张左右，航线像片数最多为57张，在空三加密区域4个角上分别布设4个外业控制点作为加密定向点（如布点略图2），同时在加密区域东边把原按常规加密布设邻加密区域的15