精密單點定位技術(shù)在1：25000航測成圖中的應(yīng)用＊

魯金虎

（西安煤航信息產(chǎn)業(yè)有限公司，陜西 西安710054）

0 引 言

傳統(tǒng)航攝技術(shù)無法獲取像片的外方位元素，只能依靠像片控制測量野外獲取大量的地面控制點，再通過空中三角測量獲得內(nèi)業(yè)測圖所需的加密點坐標(biāo)及外方位元素數(shù)據(jù)。但隨著先進的空間技術(shù)在航空攝影測量領(lǐng)域的應(yīng)用，采用GPS動態(tài)定位方法測定攝站空間位置（即外方位元素中的3個線元素）數(shù)據(jù)與基于航片的坐標(biāo)像點觀測聯(lián)合平差的GPS輔助空中三角測量技術(shù)，正在逐步應(yīng)用于一線的測繪生產(chǎn)，精密單點定位技術(shù)的出現(xiàn)，為航空攝影提供了新的解決方案。目前，國際服務(wù)組織所提供的精密星歷和精密鐘差的精度已經(jīng)很高。隨著接收機性能的不斷改善，載波相位精度不斷提高，以及大氣改正模型和改正方法不斷深入，為精密單點定位技術(shù)應(yīng)用于航空攝影中提供了可能性［1］。

這種技術(shù)的推廣降低了傳統(tǒng)空中三角測量對地面控制點的依賴和需求，縮短了像片控制測量的野外工作量和作業(yè)周期。根據(jù)GPS輔助空三技術(shù)在本次試驗測區(qū)小比例尺地形圖測繪的應(yīng)用情況，通過對其項目中的實施情況進行介紹和分析，希望從中獲得實用有效的生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗。

1 精密單點定位技術(shù)

精密單點定位（PPP）是利用載波相位觀測值以及IGS組織提供的高精度的衛(wèi)星星歷及衛(wèi)星鐘差來進行高精度單點定位的方法。精密單點定位技術(shù)由美國噴氣推進實驗室（JPL）的Zumberge于1997年提出。20世紀(jì)90年代末，由于全球GPS跟蹤站的數(shù)量急劇上升，全球GPS數(shù)據(jù)處理工作量不斷增加，計算時間呈指數(shù)上升［1］。利用IGS提供的高精度的GPS精密衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差，以及單臺雙頻GPS接收機采集的載波相位觀測值，采用非差模型進行精密單點定位。精密單點定位的優(yōu)點除能解算出測站坐標(biāo)，同時還能解算出接收機鐘差、衛(wèi)星鐘差、電離層和對流層延遲改正信息等參數(shù)，這些結(jié)果可以滿足不同層次用戶的需要求（如研究授時、電離層、接收機鐘差、衛(wèi)星鐘差及地球自轉(zhuǎn)等）。

精密單點定位軟件TriP是武漢大學(xué)測繪學(xué)院開發(fā)的高精度單點定位軟件。該軟件可實現(xiàn)毫米級到厘米級的單點靜態(tài)定位和厘米級到分米級的單點動態(tài)定位，無需地面基準(zhǔn)站的支持，不受作用距離的限制，直接得到ITRF框架坐標(biāo)［2］。

2 GPS輔助空中三角測量的基本原理

GPS輔助空中三角測量是利用GPS定位技術(shù)獲取航攝儀曝光時刻攝站的三維坐標(biāo)，然后將其作為附加觀測值引入攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差中，采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型和算法以整體確定物方點位和像片方位元素并對其質(zhì)量進行評定的理論、技術(shù)和方法［3］。采用GPS輔助空中三角測量可以用GPS攝站作為空中控制來取代地面控制點，使區(qū)域網(wǎng)平差所需的地面控制點大大減少，使之少到只要解決數(shù)據(jù)基準(zhǔn)和削除GPS數(shù)據(jù)系統(tǒng)誤差的程度。

3 試驗及其結(jié)果分析

本次航攝采用SWDC數(shù)碼相機，成圖比例尺為1：25000，相對航高為2 000m，GSD為0.272 m.測區(qū)地處太行山南段與中條山北緣的結(jié)合部，地形復(fù)雜，地貌特征以山地為主。在本工程航空攝影、像片控制測量、空中三角測量和調(diào)繪等環(huán)節(jié)中均采用了新技術(shù)。航空攝影時采用了先進的SWDC數(shù)碼攝影系統(tǒng)；像片控制測量中同時采用了精密單點定位技術(shù)和似大地水準(zhǔn)面模型兩項新技術(shù)；空中三角測量使用GPS輔助空中三角測量等。

為了分析利用SWDC數(shù)字航攝儀的攝站坐標(biāo)（GPS數(shù)據(jù)）進行GPS輔助航空攝影測量方法所能達到的加密精度，通過試驗和SWDC系列數(shù)碼相機的固有優(yōu)點，得出一些結(jié)論［4］。圖1示出了布點方案，表1列出了GPS輔助空中三角測量精度統(tǒng)計。

表1 GPS輔助空中三角測量精度統(tǒng)計表

圖1 布點方案

分析圖1、表1的試驗結(jié)果，可以得出如下結(jié)論：

1）如果在圖1所示的布點方案中的地面控制點可以從已有的高等級國家大地測量控制網(wǎng)中找到，可以省去像控測量，這在困難地區(qū)、無圖區(qū)或者人員不能通達地區(qū)進行測量意義重大。

2）通過實驗說明，在GPS輔助航空攝影測量中，可以無需布設(shè)地面基準(zhǔn)站。本測區(qū)在利用SWDC數(shù)字航攝儀進行航空攝影GPS輔助空中三角測量平差時，采用單點定位技術(shù)與數(shù)碼相機結(jié)合應(yīng)用。GPS輔助航空攝影按照常規(guī)航空攝影技術(shù)規(guī)程進行攝影作業(yè)是可行的。

3）采用現(xiàn)行幾種航空攝影空三測量方法，加密點的精度均可滿足所處地形相應(yīng)比例尺航測內(nèi)業(yè)加密的精度要求。本次GPS輔助空三試驗的精度符 合GB／T 12340－2008《1：25000、1：50000、1：100000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》的規(guī)定。對于常規(guī)光束區(qū)域網(wǎng)平差來說精度主要取決于地面控制點的分布與間距，區(qū)域越大，所需的地面控制點越多，試驗1：25000分別布設(shè)了69個地面控制點；對于GPS輔助空三測量而言只需在區(qū)域網(wǎng)的四角布設(shè)4個平高地面控制點，其不隨區(qū)域網(wǎng)的大小而變化［5］。對于GPS輔助空三測量從表1可以看出，隨著地面控制點的減少，區(qū)域網(wǎng)平差的精度有所降低，當(dāng)無地面控制點時尤為明顯。要達到測量規(guī)范所要求的精度，必須采用合理的地面控制方案。

4）從圖1看出將角點作為定向點進行少量地面控制點的PPP輔助空中三角測量，其加密精度可滿足相應(yīng)要求。引入基于單點定位的GPS輔助空三測量后，不需要大量的野外像片控制點，僅需要在測區(qū)網(wǎng)兩端布設(shè)少量的控制點就可以達到地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范所要求的精度，這基本省去了像片控制測量工作，也大大縮短了航測成圖的周期，加快了地圖數(shù)據(jù)更新的速度，對經(jīng)濟的發(fā)展與城市的規(guī)劃起到有力的推動作用。

5）試驗中攝站坐標(biāo)的解算采用了精密單點定位技術(shù)，使用TriP軟件進行。計算時精密星歷和精密鐘差采用IGS提供的快速精密星歷和快速精密鐘差，航飛完成一天后即可進行數(shù)據(jù)處理。對于面積較大的測區(qū)為了獲得高精度的攝站坐標(biāo)，利用大地水準(zhǔn)面擬合方法實施大地高與正常高的變換方法。GPS測量無須像普通水準(zhǔn)測量那樣沿一定路線來傳遞大地高，也不需要進行水準(zhǔn)聯(lián)測，從而避免了路線傳遞所帶來的系統(tǒng)誤差累積。

6）試驗中像控點測量采用GPS精密單點定位（PPP）技術(shù)與利用高精度似大地水準(zhǔn)面模型進行GPS高程測量的方式施測［6］。采用PPP技術(shù)僅使用單臺GPS接收機就可以精確確定點位位置，實現(xiàn)高精度定位導(dǎo)航的功能。單機作業(yè)，靈活機動，大大節(jié)約用戶成本；定位精度不受作用距離的限制。

4 結(jié) 論

通過基于精密單點定位在1：25000航攝成圖中的應(yīng)用研究試驗，結(jié)果表明：在小比例尺航測成圖生產(chǎn)中，基于精密單點定位技術(shù)的GPS輔助空中三角測量方法很有優(yōu)勢，在加密分區(qū)四角布設(shè)4個平高控制點，可滿足1：25000比例尺規(guī)范要求的空中三角測量加密精度要求。因此，GPS輔助航空攝影在小比例尺航測成圖生產(chǎn)中能提高制圖質(zhì)量，大幅度減少野外控制點，縮短制圖時間，保證設(shè)計工期按時完成，技術(shù)優(yōu)勢明顯。

我國地域遼闊，一旦開展航空測量（航空重力測量，航空攝影測量，以及航空Lidar和航空In－SAR），采用精密單點定位技術(shù)實現(xiàn)無地面基站的航飛，不僅可以節(jié)省人力、物力、財力，還能夠簡化流程，使得航空測量更加簡便、快捷。目前精密單點定位技術(shù)還處于研究實驗階段，在航空攝影測量中的應(yīng)用才剛剛開始，相信隨著精密星歷與精密鐘差技術(shù)的進一步發(fā)展，精密單點定位算法進一步成熟化，精密單點定位技術(shù)應(yīng)用于航空攝影中成為一種必然的趨勢。

［1］ 王成龍，劉昌華，李 峰 .基于SWDC的國家基礎(chǔ)航空攝影測量可行性研究［J］.測繪工程，2009，18（1）：14－18.

［2］ 袁路晴，黃 杰，蘭艷青，等 .超輕型飛機搭載SWDC系列數(shù)字航攝儀的航空攝影測量一體化作業(yè)思路［J］.鐵路勘察，2007（6）：59－62.

［3］ 袁修孝.GPS輔助空中三角測量原理及應(yīng)用［M］.北京：測繪出版社，2001.

［4］ 李學(xué)友.IMU／DGPS輔助航空攝影測量綜述［J］.測繪科學(xué)，2005，5（30）：110－113.

［5］ 袁修孝.GPS輔助空中三角測量及其質(zhì)量控制［D］.武昌：武漢大學(xué)，1999.

［6］ 王鐵軍，鄭福海，王俊杰，等.IMU／DGPS輔助空中三角測量精度分析［J］.地理信息世界，2009，8（4）：47－50.