攝影測量中GPS的具體應(yīng)用探析

摘 要：隨著科技水平的不斷提升，GPS技術(shù)憑借自身具有的優(yōu)勢特點(diǎn)，在我國各大領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，不僅對國家的軍事、科研、導(dǎo)航做出了突出貢獻(xiàn)，并日漸擴(kuò)展到各類工程建設(shè)中，對眾多行業(yè)發(fā)展起到了促進(jìn)作用。文章首先對GPS和攝影測量進(jìn)行簡單概述，針對GPS在攝影測量中的運(yùn)用加以具體分析，根據(jù)當(dāng)前GPS的發(fā)展，探討GPS技術(shù)在未來攝影測量中的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：攝影測量；GPS技術(shù)；具體應(yīng)用；未來前景

近幾年來，我國國民經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展，科技水平有所提高，GPS作為重要的代表技術(shù)，對我國社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展起到了重要的帶動作用。當(dāng)前，GPS技術(shù)在各行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是將其運(yùn)用于攝影測量中更是發(fā)揮了重要作用，極大地促進(jìn)了攝影測量行業(yè)的進(jìn)步。現(xiàn)結(jié)合作者對GPS系統(tǒng)知識的掌握，針對其在攝影測量中的運(yùn)用進(jìn)行分析，根據(jù)GPS系統(tǒng)于攝影測量領(lǐng)域的發(fā)展，對GPS未來的應(yīng)用前景加以預(yù)測。

1 GPS與攝影測量的簡單概述

1.1 GPS技術(shù)

GPS是全球定位系統(tǒng)的英文簡稱，主要借助衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全方位的定位觀測。GPS技術(shù)具有較多的優(yōu)勢特點(diǎn)：第一，受自然環(huán)境影響小，當(dāng)前GPS只有在重大雷雨天氣不適合進(jìn)行觀測。第二，觀測時(shí)間短。根據(jù)觀測類型不同，GPS的觀測時(shí)間有所差異，但是較其他技術(shù)而言，該技術(shù)觀測時(shí)間較短，其中動態(tài)定位僅需幾秒鐘。第三，定位精度高。GPS技術(shù)的定位精準(zhǔn)度已經(jīng)達(dá)到厘米級，其中GPS-RTK精度實(shí)現(xiàn)了1-2厘米，GPS-RTD精度達(dá)分米級。第四，操作簡單。GPS具有較高自動化水平，在進(jìn)行定位觀測時(shí)，操作人員只需完成儀器的安置工作[1]。

1.2 攝影測量特點(diǎn)與分類

對攝影測量簡單定義，是指采用一定的攝影技術(shù)獲取物體影像，并對物體影像進(jìn)行處理，獲得關(guān)鍵信息并將信息以數(shù)字、圖像或圖形等形式表達(dá)出來的測量方法。攝影測量主要具有如下幾方面特點(diǎn)：第一，與測量物體不進(jìn)行直接接觸，主要借助攝影技術(shù)獲得物體影像。第二，所測物體必須客觀存在。攝影測量能夠獲得大量的信息，主要是由于所測物體真實(shí)存在，是對物體的真實(shí)反應(yīng)。第三，主要以物理信息或者幾何信息為主，信息結(jié)果主要采用數(shù)字、圖形進(jìn)行表達(dá)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，攝影測量的應(yīng)用越來越廣泛，測量技術(shù)也不斷的推陳出新，經(jīng)過模擬測量和解析測量后，攝影測量實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化和自動化。當(dāng)前，對攝影測量進(jìn)行分類主要依據(jù)測量距離，根據(jù)測量距離的遠(yuǎn)近不同，分為顯微攝影測量、地面攝影測量、航天攝影測量、近景攝影測量和航空攝影測量等[2]。

2 GPS在攝影測量中的具體應(yīng)用

2.1 GPS應(yīng)用于航空攝影測量

航空攝影測量是攝影測量領(lǐng)域的主要方向，在當(dāng)期攝影測量行業(yè)的發(fā)展最為迅速，其對GPS技術(shù)的運(yùn)用最早，并形成了GPS航空攝影測量技術(shù)。作為一種新型的攝影測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了航空攝影測量與GPS定位融合，將兩者技術(shù)優(yōu)點(diǎn)集于一身，是攝影測量領(lǐng)域的重要技術(shù)突破。所謂GPS航空攝影測量技術(shù)，就是在航攝飛機(jī)上安裝相關(guān)儀器，實(shí)現(xiàn)對GPS信號的接受，并利用GPS動態(tài)定位進(jìn)行瞬間攝影的技術(shù)。GPS在航空攝影測量中的運(yùn)用，分為如下幾個(gè)步驟：第一，航空攝影。航攝儀對測區(qū)進(jìn)行攝影時(shí)，GPS接收機(jī)會架設(shè)相應(yīng)的控制點(diǎn)，GPS地面基準(zhǔn)站可對地面控制點(diǎn)進(jìn)行觀測。第二，像控點(diǎn)布設(shè)。根據(jù)收集的飛行數(shù)據(jù)，在分析與處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行少量像空點(diǎn)布設(shè)，一般選擇測區(qū)四角與中心位置，之后對像控點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行聯(lián)測，均以3次為標(biāo)準(zhǔn)，以3次的平均值作為控制點(diǎn)的成果值。第三，數(shù)據(jù)預(yù)處理。外方位元素求解與空中三角測量是數(shù)據(jù)預(yù)處理的兩個(gè)重要過程，借助同步的GPS基站，實(shí)現(xiàn)對控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)測量，并依據(jù)航攝時(shí)間記錄以及慣性測量單元數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，從而獲得姿態(tài)數(shù)據(jù)。第四，立體測圖。根據(jù)以上元素?cái)?shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)z影結(jié)果，按照一定的比例生產(chǎn)測繪產(chǎn)品，完成測區(qū)范圍內(nèi)的地形圖。

2.2 GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用

RTK是更高精度的GPS測量技術(shù)，中文全稱為載波相位動態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)，GPS-RTK技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要借助GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、差分處理軟件等，由于其具有的定位精度更高，將其運(yùn)用于攝影測量技術(shù)發(fā)揮的作用將更加顯著。現(xiàn)對RTK技術(shù)的優(yōu)勢特點(diǎn)加以概述：首先，該技術(shù)要求具有電磁波通視條件，相應(yīng)的對能見度的要求降低，對季節(jié)和氣候等環(huán)境因素降低了要求，進(jìn)行攝影測量時(shí)不受氣候環(huán)境的影響。其次，RTK定位精度實(shí)現(xiàn)了厘米級別，將GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用于攝影測量中，可以在運(yùn)動過程中進(jìn)行高精度的瞬間攝影，對于攝影測量工作而言，既縮短了測量耗費(fèi)的時(shí)間，又提高了攝影測量質(zhì)量。最后，RTK是對GPS技術(shù)的創(chuàng)新，將其運(yùn)用于攝影測量領(lǐng)域，可進(jìn)一步發(fā)揮GPS技術(shù)的實(shí)效，極大的推進(jìn)了攝影測量技術(shù)的發(fā)展[3]。

2.3 GPS技術(shù)在區(qū)域網(wǎng)平差中的運(yùn)用

進(jìn)行攝影測量時(shí)需要對測量區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行平差，GPS在此過程中能夠?qū)z站坐標(biāo)加以確定，對當(dāng)前運(yùn)用的三種平差方法具有較多的推進(jìn)作用。處于數(shù)字時(shí)代的當(dāng)下，攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差方式主要有三種，分別是獨(dú)立模型法、航帶法、光束法，這三種平差方法有著各自的優(yōu)勢特點(diǎn)，在攝影測量中的應(yīng)用也較為廣泛，其中光束法應(yīng)用最廣。若攝影測量中涉及單元模型，一般采用獨(dú)立模型法進(jìn)行平差，該方法需要對空間相似變換參數(shù)進(jìn)行求解；若攝影測量中涉及自由航線網(wǎng)，主要采用航帶法進(jìn)行平差，需要對非線性變形改正參數(shù)進(jìn)行求解；若攝影測量中涉及對航攝像片處理，則采用光束法進(jìn)行平差，需要對外方位元素進(jìn)行求解。無論采用何種平差方式，因其需要求解的未知數(shù)較多，會運(yùn)用到GPS攝站坐標(biāo)，從而確定加密點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息。由于GPS攝站坐標(biāo)會對外方位元素進(jìn)行測定。因此，GPS在光束法中的運(yùn)用較其他兩種方式更為廣泛，產(chǎn)生的實(shí)際效果也更加明顯。

2.4 空中三角測量對GPS技術(shù)的運(yùn)用

空中三角測量主要適用于航空攝影測量，主要是根據(jù)野外控制點(diǎn)的設(shè)定，通過內(nèi)業(yè)控制的方式進(jìn)行加密，并根據(jù)攝像片的幾何特性，求得加密點(diǎn)的平面位置和高程。為更好地實(shí)現(xiàn)空中三角測量，首先要將航攝儀與GPS信號接收機(jī)進(jìn)行同步，根據(jù)航空攝影測量的實(shí)際需要，選擇地面上設(shè)置的基準(zhǔn)站，在接收機(jī)上安裝相應(yīng)的儀器與航攝儀連接。根據(jù)儀器對GPS衛(wèi)星的觀測獲得某些攝影瞬間，經(jīng)過對數(shù)學(xué)算法和數(shù)學(xué)模型的統(tǒng)一，對航攝儀曝光時(shí)刻收集的攝站三維坐標(biāo)進(jìn)行處理，并對像片方位元素進(jìn)一步確定。在對攝站三維坐標(biāo)處理之前，運(yùn)用測量差分定位技術(shù)對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行過濾處理，經(jīng)過綜合處理后將數(shù)據(jù)引入攝影測量區(qū)域網(wǎng)，并作為附加觀測值進(jìn)行平差[4]。

3 GPS技術(shù)在攝影測量中的應(yīng)用前景

與歐美發(fā)達(dá)國家相比，我國對GPS研究起步較晚，一開始該項(xiàng)技術(shù)主要運(yùn)用于導(dǎo)航和軍事領(lǐng)域，進(jìn)行重要的軍事情報(bào)收集，隨著科技水平的不斷進(jìn)步，我國GPS技術(shù)發(fā)展十分迅速，基于系統(tǒng)定位速度和精度的提高，該項(xiàng)技術(shù)在測量工作中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在攝影測量行業(yè)，不僅可以進(jìn)行快速動態(tài)測量，同時(shí)測量精度較高。當(dāng)前，GPS技術(shù)的發(fā)展情前景十分廣闊，將其運(yùn)用于攝影測量之中，通過與相應(yīng)的攝影技術(shù)加以融合，使兩者優(yōu)勢綜合運(yùn)用，對社會進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)繁榮具有重要影響，新時(shí)期GPS攝影測量日漸滲透到社會各行業(yè)的發(fā)展之中，實(shí)現(xiàn)了海陸空全方位的攝影測量。

當(dāng)前階段，隨著數(shù)字信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，GPS技術(shù)日漸成熟和完善，全國性的攝影測量控制網(wǎng)已基本建成，實(shí)現(xiàn)了對全球性動態(tài)攝影測量參數(shù)的測定，這對攝影測量行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供了基礎(chǔ)。在不久的將來，GPS技術(shù)將在攝影測量領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，以航天航空瞬間測量為例，借助GPS技術(shù)航測快速成圖不僅可以只對少量地面進(jìn)行控制，甚至達(dá)到了無地面控制的水平，對全球環(huán)境遙感監(jiān)測，以及開啟地理信息新技術(shù)等都具有重要的作用。與此同時(shí)，GPS可測定攝影測量基準(zhǔn)，進(jìn)一步促進(jìn)了海洋測繪攝影測量和海洋、島嶼、陸地聯(lián)合測量等領(lǐng)域的進(jìn)步。由此可見，攝影測量中運(yùn)用GPS技術(shù)，其發(fā)展前景相當(dāng)可觀[5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，伴隨時(shí)代的不斷進(jìn)步，以及經(jīng)濟(jì)和科技水平的不斷提升，GPS技術(shù)發(fā)展十分迅速，經(jīng)過多年的研究發(fā)展，該技術(shù)日漸完善。基于GPS具有的定位時(shí)間短、精度高、受環(huán)境影響小、操作簡單等優(yōu)勢特點(diǎn)，在攝影測量領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，在航空攝影測量、區(qū)域網(wǎng)平差、空中三角測量等環(huán)節(jié)都有顯著的體現(xiàn)。伴隨各方面技術(shù)的綜合發(fā)展和運(yùn)用，GPS未來的發(fā)展前景良好，會在越來越多的行業(yè)中得到運(yùn)用，在攝影測量領(lǐng)域也將實(shí)現(xiàn)新的突破。

參考文獻(xiàn)

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