POS和CORS技術在攝影測量中的應用

倪 曙，凌春麗

（1.昆明市測繪研究院，云南 昆明650051；2.昆明市規劃編制與信息中心，云南 昆明650500）

POS和CORS技術在攝影測量中的應用

倪 曙1，凌春麗2

（1.昆明市測繪研究院，云南 昆明650051；2.昆明市規劃編制與信息中心，云南 昆明650500）

通過POS系統可快速、直接獲取目標時刻高精度的姿態位置信息；采用CORS作為地面基站進行POS差分解算，能提高航攝數據采集效率。結合POS和CORS技術進行航空攝影測量，較大程度地改變了傳統航空攝影測量成圖中的外業地面控制工序，加快了測圖速度，取得了較高的精度。

POS；CORS；DGPS；DMC；航空攝影測量

1 POS及CORS技術

POS（定位定姿系統）集差分GPS技術和慣性導航技術于一體，可以獲取移動物體的空間位置和三軸姿態信息，主要包括GPS接收機和IMU兩個部分[1-3]。利用POS系統可以在航空攝影過程中直接測定每張像片的6個外方位元素，從而進一步減少外業像片控制測量工作，提高生產效率。

機載POS系統對地定位的主要方法，包括直接地理定位（DG）和集成傳感器定向（ISO）[1-4]。直接地理定位系統由慣性測量裝置IMU、航攝儀、機載GPS接收機和地面基準站GPS接收機4部分構成。在已知GPS、IMU及航攝儀3者間空間關系的前提下，直接對POS系統獲取的GPS天線相位中心的空間坐標（X,Y,Z）及IMU系統獲取的側滾角、俯仰角、航跡角進行數據處理，獲取航空影像曝光瞬間的像主點（攝站中心）三維空間坐標（XS,YS,ZS）及其3個姿態角（φ，ω，κ），從而實現無地面控制條件下直接恢復航空攝影的成像過程[5,6]。集成傳感器定向ISO是指當GPS、IMU與航攝儀3者之間的空間關系未知時，使用適量地面控制點，將POS系統獲取的空間坐標與3個姿態數據直接作為空中三角測量的附加觀測值參與區域網平差，高精度地獲取航片的6個外方位元素，大幅度減少地面控制點的數量[6,7]。

CORS（連續運行參考站系統）為一個或若干個固定的、連續運行的GPS參考站，利用現代計算機、數據通信和互聯網技術組成的網絡，實時地向不同類型、不同需求的用戶自動地提供經過檢驗的不同類型的GPS觀測值（載波相位、偽距）、各種改正數、狀態信息以及其他有關GPS服務。CORS站具有高度的坐標框架一致性，通過CORS站代替POS中的GPS基準站解算航攝儀的攝站位置，使不同架次解算出的攝站位置成果具有高度的坐標一致性，有效地減少了數據解算的工作量，提高了攝站位置成果的精度，大大提高了像片外方位元素3個線元素的精度和成果的一致性。

2 POS和CORS技術在攝影測量中的應用

2.1 試驗區概況

2012年4月，在云南嵩明縣、富民縣和昆明市北部地區采用運五飛機，搭載DMC-II數字航攝系統進行影像數據的采集，同時使用POS AV510系統，采用KMCORS作為地面基站進行POS差分解算。

試驗區跨越嵩明縣、富民縣和昆明市北部地區，面積約1 190 km2。區域內以山地為主，地形起伏變化極大，最高海拔2 600 m，最低海拔1 600 m，平均海拔2 100 m。試驗區范圍見圖1，坡度變化見圖2。

圖1 試驗區范圍圖

2.2 POS數據解算及檢校

2.2.1 POS數據解算

試驗使用POSPac軟件進行POS數據解算。POSPac將機載動態GPS數據、攝影姿態數據與地面基站靜態GPS數據進行組合處理，從而提高動態GPS數據精度。通過GPS與IMU的相互解算，將定位和測姿精度控制在測量誤差允許范圍內。其中，主要使用POSProc模塊對GPS導航數據和慣性導航數據進行有效解算和軌跡光滑。

POS數據處理如下：①收集試驗區內采樣頻率符合要求的衛星定位連續運行基準站的觀測數據，聯合機載GPS觀測數據，按照后處理精密動態測量模式進行處理，獲取飛行過程中各時刻GPS天線的基準坐標。②基于差分GPS結果與IMU數據進行POS數據聯合處理，并顧及系統檢校已量測的偏心分量值。③導出航跡文件成果。

2.2.2 POS數據檢校

將系統部件之間的偏心角、位移檢校數據，通過整體平差的方法解算出定位定姿參數，改正航帶平面和高程漂移系統誤差。①對檢校場進行空中三角測量解算，得到檢校場每張相片的外方位元素值。②應用IMU/DGPS數據處理解算出檢校場每張像片的三維坐標和角元素值。③利用空中三角測量計算出的外方位元素值與IMU/DGPS數據處理解算出的三維坐標和角元素值進行計算，求出偏心角以及三維坐標系統誤差。④應用偏心角及三維坐標系統誤差，對整個攝區解算的每張相片的三維坐標和角元素值進行改正，得到每張像片的外方位元素值。

2.3 精度分析

1）檢校場精度分析。通過對獲取的檢校場數據進行處理，得到檢校場精度如表1所示。可以看出，本次試驗檢校場的布設達到了較為理想的精度，可以用于后期整個試驗區外方位元素的計算。

圖2 試驗區坡度變化圖

表1 試驗區檢校場精度

2）解算外方位元素精度。對試驗區外方位元素解算的精度進行評估，得到外方位元素的解算精度，如表2。可以看出，數據后處理和消除系統誤差后，GPS/IMU參數可達到較高精度。

表2 試驗區外方位元素解算精度

3）檢查點精度評價。在試驗區布設均勻分布的25個控制點，采用GPS野外聯測方法測定其坐標，用作控制點檢查。檢查點精度如表3所示，很好地滿足了規范要求。

表3 檢查點精度

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P231

B

1672-4623（2014）05-0070-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2014.05.025

倪曙，高級工程師，主要研究方向為GIS技術應用、工程測量及大地測量。

2013-08-23。