研究精密單點定位在GPS輔助航空攝影測量中的應用

劉愛萍+盧玉婷

摘要：近年來，在GPS技術不斷成熟的背景下，GPS/IMU輔助航空攝影測量技術得到了長足的發展并廣泛應用于測量領域中。精密單點定位技術是在IGS提供的精密星歷產品精度日益提高、GPS接收機性能不斷完善的條件下出現的，該技術為航空攝影提供了新的解決方案。本文分析了精密單點定位技術的基本原理，并對精密單點定位技術在GPS輔助航空攝影測量中的應用實例進行了深入地分析研究。

關鍵詞：精密單點定位；GPS輔助航空攝影測量；應用

常規的航空攝影測量一般需要布設地面控制點和共線條件方程，以對所需攝影測量站點的坐標進行推導，GPS/IMU輔助航空攝影測量技術的應用能實時的獲取攝站的空間坐標點，不僅節省了大量的人力物力和財力，還大幅度的縮短了整個航空攝影測量的作業周期。然而，GPS定位仍存在一定的缺陷性，在航測是需要地面布設有一定密度的GPS基準站才能確保動態基線結算的精密度與可靠性，這以要求給一些大范圍的、艱苦地區的航測帶來了較大難題。

一、精密單點定位技術的基本原理

精密單點定位技術主要是利用無電離層影響的載波相位觀測值和IGS等組織提供的高精度衛星星歷鐘差（GPS精密星歷和精密鐘差文件），以及偽距組合觀測值等作為觀測資料進行高精密度單點定位的方法。精密單點定位技術相對于一般的單點定位來說具有高精密度，能對測站的位置、接收機鐘差組合后的相位模糊度及對流層天頂延遲改正數據等參數進行估算。用戶使用一臺GPS接收機（含雙頻雙碼觀測數據）即可實現對數千平方公里甚至全球范圍內的實時或事后高精度定位，能滿足不同層次用戶的不同需要。精密單點定位的特點在于各站點的解算具有獨立性，因而其計算量較一般的相對定位而言更小，具有明顯優勢。與差分定位相比，精密單點定位必須采用精細的模型加以改正，并在對參數的估計中需使用輔助參數（如固體潮改正、海洋負荷改正等數據），這也是其計算量小的主要原因。而差分定位各站的解算不具相互獨立性，其部分參數和誤差項需要通過站間和星間求差才能消除。此外，由于精密單點定位技術能直接得到ITRF的框架坐標，因而在車船飛機等交通載體的精密授時、動態定位及對流層參數的估計中得到了廣泛應用。由于精密單點定位技術的廣闊市場前景，國內外許多機構都對該項技術進行了大量研究，武漢大學測繪學院在國內首選成功研發出了精密單點定位數據處理軟件TirP，實現了精度高達mm-cm級的理論單點靜態定位和cm-dm級的動態單點定位。并且不需地面基準站的支持，不會受到作用距離的限制便可直接得到ITRF的框架坐標。目前對于精密動態單點定位的參數估計后處理主要由Kalman濾波和最小二乘法兩種主要的估計方法，上述軟件所采用的便是遞歸的最小二乘估計法。這一方法在很大程度上提高了數據處理效率，同時也提高了定位參數估計的精確度、可靠性。

二、精密單點定位技術在GPS輔助航空攝影測量中的應用實例

（一）試驗區基本情況。該試驗區為帶狀測區，GSD為0.15m，成圖比例尺為1：2000，將精密單點定位技術應用于GPS輔助航空攝影測量中。航空飛機使用SWDC攝航儀，主距50.2mm，飛行相片數目為322張，外業像控點共設置75個，對攝站點坐標成果使用GPS精密單點定位輔助航空攝影技術進行解算。采用wayPointG PS7.50系列GPS解算軟件與TirP單點定位解算軟件，對試驗區采用GPS輔助空中三角測量加密。

（二）試驗數據分析。精密清理與精密鐘差的計算采用IGS提供的快速精密星歷和快速精密鐘差，在航飛完成后1天即可對數據處理，對高精度攝站地心坐標的計算得到攝站地心坐標的坐標準換（分平面轉換和高程計算兩部分），最終得出攝站在國家坐標系下的坐標。

（三）結果分析

實踐結果證明，在GPS輔助航空攝影測量中，應用精密單點定位技術無需布設地面基準站，按照常規航空攝影技術規程進行攝影作業具有可行性，試驗數據見表1。在利用SWDC數字航攝儀對航空攝影GPS輔助空中三角平差進行測量時，在天線分量的測量精度較高的情況下應按實際測量值輸入，但若天線分量的測量精度較低則應將天線分量全部置零，而后設置漂移數據求出天線分量。應用GPS輔助空中三角測量法，所得的加密點精度，均符合所處地形相應比例尺航測業內加密精度的要求。并且，在試驗中，區域網的四角僅布設了4各平面高程地面控制點，GPS輔助空中三角測量不隨區域網的大小而發生改變。但隨著地面控制點的減少，區域網平差的精度也有所下降，因此，應采用合理的地面控制方案確保滿足測量規范所要求的精度。應用精密單點定位技術的GPS輔助航空攝影測量，其空中三角測量中不需要大量的野外橡片控制點也能達到地形圖航空攝影測量所要求的規范精度，只需在測區網兩端布設少量的控制點即可。這樣一來不僅滿足了精度要求，還直接的去掉了橡片控制測量環節，使航測成圖的作業周期大大縮短，加快了地圖數據的更新速度。

結束語：精密單點定位技術在GPS輔助航空攝影測量中的應用改變了傳統相對定位測量模式，在單機作業模式下大大節約了投入成本，具有很強的靈活性，并且定位的精度不受到作用距離的限制，更具可靠性。此外，精密單點定位技術簡化了航空攝影階段和數據的處理階段的流程，使其操作都更加簡單，在本次試驗實例中，在GPS輔助航空攝影測量中應用精密單點定位技術只需加入四角平面高程控制點，即可符合大、中、小三種規格成圖比例尺的要求。綜上，精密單點定位技術在GPS輔助航空攝影測量中的應用在無地面基站和較少地面控點的航測中具有較高的應用價值，值得進一步完善應用。