利用GPS輔助空三的高原大比例尺航攝測圖研究

李 峰，楊海東，張建剛，劉宗杰

(1.北京四維遠見信息技術有限公司，北京100070;2.中國測繪科學研究院，北京100830)

利用GPS輔助空三的高原大比例尺航攝測圖研究

李 峰1，楊海東2，張建剛1，劉宗杰2

(1.北京四維遠見信息技術有限公司，北京100070;2.中國測繪科學研究院，北京100830)

介紹利用國產數字航空攝影儀在青藏高原進行大比例尺測圖試驗。試驗利用GPS輔助空三的方式力求減少外業工作量，通過對不同地面控制方式得到的空三結果進行分析，表明以7條航線、20根基線作為一個平差區域，并在有構架航線的情況下，在區域四角布設平高控制點即可滿足測圖精度。

GPS輔助空三;大比例尺測圖;控制點;精度

一、前 言

進入21世紀以來，攝影測量的理論與方法有了突飛猛進的發展，數碼相機的使用越來越廣泛。GPS輔助空中三角測量技術的應用，減少了像控點的數量，大大節省了航空攝影測量的外業工作量［1］。隨著GPS技術的發展，全球連續運行跟蹤站日益增多，IGS可提供精度優于±5 cm的精密星歷，衛星鐘差改正數可達到0.1～0.2 ns，GPS接收機的性能也不斷改善，大氣延遲模型愈來愈精確，消弱對流層和電離層延遲誤差的方法亦不斷完善，非差分單機實現高精度定位成為可能［2］。精密單點定位(precise point positioning，PPP)是相對于一般的單點定位而言的，它是利用GPS精密星歷和鐘差文件，以載波相位和偽距為觀測資料，進行獨立的單點精密定位［3］。它的特點在于各站的解算相互獨立，計算量遠遠小于一般的相對定位［4-5］。現在，利用非差分雙頻載波相位觀測值，在初始化后進行單歷元精密單點定位，以實現全球范圍內的實時動態定位的方法，用于動態航空測量的精度已達到厘米級［6］。目前，實時動態定位的方法被我國測繪學者廣泛應用，并有很多軟件對觀測數據進行解算，武漢大學編寫的Trip軟件就是其中的代表。

在我國，實時動態定位方法已經在很多項目中得到應用，基于此方法的高精度定位數據應用到GPS輔助空中三角測量，不但取消了地面基站，更進一步減少了地面像控點的數量。為了研究在高原困難地區利用精密單點定位的數據進行GPS輔助空中三角測量，選擇西藏的某縣城進行試驗，試驗中飛行了構架航線，以保證高程精度［7］。

二、試驗概況

試驗測區選擇在西藏地區的某縣城進行，該縣城位于拉薩東北約320 km處，海拔4500 m，地勢中間低、四周高，高差約200 m，屬山地地形。試驗目的為獲取1∶1000地形圖，采用SWDC-2數字航空攝影儀，設計地面分辨率8 cm，旁向重疊和航向重疊分別為65%和35%，共飛行9條正常航線和2條構架航線，每條航線28根基線。

1.試驗外業實施

地面控制點按4～6條航線一行點、15～20根基線一列點的原則進行設計，共設計9個點，控制點以地標的方式鋪設。由于地形的限制，有些地方外場工作人員無法到達，導致地標點不能完全按照設計位置布設，為了防止人為破壞，實際布設時在一個點位上布設兩個點，共布設18個地標點。地標點位置和航線示意圖如圖1所示。

由于測區附近沒有國家基準點，所以在測區靠近中間的位置安置了GPS觀測基站，通過單點靜態觀測獲取其坐標，觀測時間大于6 h。各地標點觀測30 min，最后通過和基站進行差分解算獲取坐標。空中攝站坐標采用武漢大學研制的動態GPS精密單點定位軟件Trip進行精密單點定位獲取，這種軟件解算數據的內符合精度可以到幾個厘米的水平，可以實現亞分米級的飛機動態定位，能在不需要地面基準站的條件下達到雙差固定解相當的精度水平［8］。

圖1 實際的航線和控制點

2.GPS輔助空中三角測量

(1)加密方案

為了驗證控制點數量和位置對檢查點精度的影響，試驗采取4種控制方案對測區數據進行空三加密，具體方案如下:

1)方案1。中間一點定向，其他點檢查(如圖2所示)。

圖2 方案1

2)方案2。兩側兩列點定向，中間點檢查(如圖3所示)。

圖3 方案2

3)方案3。周邊點定向，中間點檢查(如圖4所示)。

圖4 方案3

4)方案4。密集周邊點定向，中間點檢查(如圖5所示)。

圖5 方案4

(2)加密精度

本次試驗采用全自動空中三角測量軟件Map-AT進行空三加密，區域網平差計算后，基本定向點的殘差為:方案1平面最大殘差0.236 m，高程最大殘差0.290 m;方案2平面最大殘差0.241 m，高程最大殘差0.244 m;方案3平面最大殘差0.223 m，高程最大殘差0.167 m;方案4平面最大殘差0.300 m，高程最大殘差0.151 m。上面結果顯示4種方案平差后的控制點平面和高程最大殘差均小于0.4 m，符合規范要求［9］。檢查點的中誤差如表1所示。

表1 檢查點中誤差 m

由表1可以看出:

1)在飛行構架航線的基礎上，中間一個控制點的區域光束法平差結果不能滿足設計需要。

2)在方案2中，由于點1606、4506、25107處于控制區域外，點位誤差值超限，導致總體檢查點中誤差比較大。如果去掉這3個超限點不作為檢查點的話，方案2的中誤差值會大大減小，達到平面±0.304 m，高程±0.221 m。

3)與方案2相似，方案3中點25107處于控制區域外，如果把這個點去掉不作為檢查點，總體檢查點中誤差值會有所減小，達到平面±0.258 m，高程±0.207 m。

4)如果剔除掉方案2和方案3中控制區域外的檢查點，后3種方案結果都能滿足要求。同時可知，雖然方案3和方案4的結果精度比方案2的有所提高，但是提高有限。

三、結束語

本次試驗采用航攝的方式在高原的山地進行大比例尺測圖任務，采用GPS輔助空中三角測量。本文通過對4種方案結果的分析和對比可知，在飛行構架航線的基礎上，后3種方案都可滿足1∶1000成圖要求。從經濟的角度看，方案2最佳，在測區兩側布設兩列控制點即可滿足要求，省去了外業工作量，減少了人力、物力和財力的投入。從圖5可以看出，由于本次試驗是按點對布設地面點，所謂的兩側兩列定向點有4個點對概略位置在測區的四角，落在構架航線上，形成了構架航線加四角定向的結構。這一分析結果表明，構架航線加四角布點的控制方式完全能滿足高原1∶1000成圖的要求。本次試驗的地形限制了工作人員的外場工作，導致了地面點沒有布設到設計的位置，如果地面點布設位置理想的話精度還將進一步提高。

［1］ 袁修孝.GPS輔助空中三角測量原理及應用［M］.北京:測繪出版社，2001.

［2］ 袁修孝，付建紅，樓益棟。基于精密單點定位技術的GPS輔助空中三角測量［J］.測繪學報，2008，36(3): 251-255.

［3］ 陳義.利用精密星歷進行單點定位的數學模型和初步分析［J］.測繪學報，2002，31(1):31-33.

［4］ 劉經南，葉世榕.GPS非差相位精密單點定位技術探討［J］.武漢大學學報:信息科學版，2002，27(3): 234-240.

［5］ 馮寶紅，高成發.利用P3軟件進行GPS單點定位解算的若干問題［J］.測繪科學技術學報，2008，25(4): 249-251.

［6］ 張小紅，劉經南，FORSBERG R.基于精密單點定位技術的航空測量應用實踐［J］.武漢大學學報:信息科學版，2006，31(1):19-22.

［7］ 袁修孝.當代航空攝影測量加密的幾種方法［J］.武漢大學學報:信息科學版，2007，32(11):1001-1006.

［8］ 張小紅.動態精度單點定位(PPP)的精度分析［J］.全球定位系統，2006(1):7-11，22.

［9］ 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準管理委員會.GB/T 23236—2009數字航空攝影測量空中三角測量規范［S］.北京:中國標準出版社，2009.

The Study of Large-scale Mapping in Plateau Based on GPS-supported Aerotriangulation

LI Feng，YANG Haidong，ZHANG Jiangang，LIU Zongjie

0494-0911(2012)08-0015-03

P23

B

2011-08-19

國家863計劃(2008AA121300);科技部支撐項目(2008BAK491302-1)

李 峰(1981—)，男，山東臨沂人，工程師，主要從事航空攝影測量方面的研究工作。