淺談POS輔助航空攝影測量技術(shù)及應(yīng)用

張遠(yuǎn)波 穆峰

摘 ?要：在航空測量的過程中，能否拍攝到高清、準(zhǔn)確的圖片與飛行機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)有著很大的關(guān)系，而POS作為運(yùn)行過程中的傳感器起著非常重要的作用，因而也對它提出了更高的要求。該文通過分析POS輔助航空攝影測量技術(shù)的原理，對目前POS技術(shù)的應(yīng)用狀況進(jìn)行梳理，找到POS輔助技術(shù)在工作時產(chǎn)生誤差的主要原因，并找到更好的解決方法，從而為更好地完善航空攝影測量技術(shù)提供一些理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：POS輔助技術(shù) ?航空測量 ?應(yīng)用 ?誤差

中圖分類號：P231 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（a）-0037-02

POS輔助航空攝影測量技術(shù)是目前航空測量技術(shù)中最為先進(jìn)的一項技術(shù)，它可以保證測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，具有對定位處理的靈活性，以及對數(shù)據(jù)信息的保密性為一體的功能。它運(yùn)用它獨(dú)有的優(yōu)勢為測量工作帶來了更多的便捷。目前它應(yīng)用在各個行業(yè)領(lǐng)域中，比如對于高山、海峽、雪山等野外苦難領(lǐng)地，對POS的性能也是一大考驗，因此如何能夠得到更準(zhǔn)確的信息，是目前科學(xué)研究中一項重要的探索內(nèi)容。

1 ?POS輔助航空攝影測量技術(shù)的原理

POS的全稱是定位定姿系統(tǒng)輔助航空攝影測量技術(shù)，英文全稱是Positioning and Orientation System，它是一種基準(zhǔn)傳感器，主要是由3部分組成，分別是慣性測量單元、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及計算機(jī)部分。POS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，比如慣性測量單元是由IMU和控制系統(tǒng)組成，而IMU的組成又包含4個部分，分別是加速器、陀螺儀、數(shù)字電路以及圖形處理器。IMU的主要作用是在航空攝影的過程中，它可以做到精準(zhǔn)獲取拍攝瞬間的參數(shù)，從而保證數(shù)據(jù)的實時性更新。

POS的第二個部分GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是大家所熟知的，它的主要作用是提供拍攝地點(diǎn)的坐標(biāo)信息以及速度信息，航空攝影測量技術(shù)中的GPS定位系統(tǒng)通常采用的是差分技術(shù)，可以精準(zhǔn)測定中心站的空間坐標(biāo)位置，獲取更為準(zhǔn)確的三維立體圖形。

IMU與GPS航空導(dǎo)航技術(shù)的完美結(jié)合，降低了系統(tǒng)帶來的偏差，從另一方面來說，GPS彌補(bǔ)了IMU因為自身原因?qū)е碌亩ㄎ徽`差在時間上的積累，在運(yùn)行過程中可以獲得更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

2 ?POS輔助航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用

2.1 POS直接定向法

直接定向法的全稱是Direct georeferencing，DG，即直接傳感器定向法，它是在拍攝每張外方位的照片當(dāng)中，能夠脫離地面控制從而實現(xiàn)航空中的攝像測量任務(wù)。這種方法雖然沒有對控制點(diǎn)進(jìn)行平方差的計算，但是需要對系統(tǒng)誤差進(jìn)行校驗。直接定向法的主要工作原理是：利用最終決定的系統(tǒng)誤差來直接對POS獲得的元素方位值進(jìn)行改正。因此我們可以看出，POS的元素方位值最主要的決定性因素是系統(tǒng)誤差。目前對系統(tǒng)誤差進(jìn)行校驗的方法是飛行校驗方法。當(dāng)然，該方法也有自己的適用局限性，它主要適用于比例尺較小、觀測的環(huán)境比較差以及精準(zhǔn)度要求較低的情況。

2.2 POS輔助空中三角測量法

輔助空中三角測量法的全稱是Integrated sensor orientation，ISO，即集成傳感器定向法。它是通過與地面控制點(diǎn)相結(jié)合來共同完成對空中三角形的測量，從而實現(xiàn)航空攝像任務(wù)的測量方法，主要是用來輔助航空攝像技術(shù)的。輔助空中三角測量法的工作原理是：通過結(jié)合GPS測量得來的相關(guān)參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)與地面控制點(diǎn)的參數(shù)值，共同納入到控制網(wǎng)中進(jìn)行光束法平差計算，從而得到更加精準(zhǔn)的參數(shù)值。這種輔助方法主要是來處理轉(zhuǎn)換問題的，主要集中在兩個方面，分別是姿態(tài)角元素與外方位元素之間的相互轉(zhuǎn)化、三維立體坐標(biāo)與外方位元素之間的相互轉(zhuǎn)化，而這兩者之間最大的區(qū)別就在于是否進(jìn)行了加密的計算。

3 ?POS輔助航空攝影測量技術(shù)誤差產(chǎn)生的原因

雖然說POS輔助航空攝影測量技術(shù)是目前最為先進(jìn)的技術(shù)，但是由于設(shè)備自身的設(shè)計和外界不可抗力的因素，造成測量結(jié)果出現(xiàn)誤差也是在所難免的，因此，要想獲得更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，就必須對當(dāng)前可能產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行詳細(xì)的分析，方便工作人員可以在后期不斷地更正誤差參數(shù)值的設(shè)定。而目前航空測量技術(shù)中主要存在的誤差包括5個方面，分別是IMU姿態(tài)角測量產(chǎn)生的誤差、差分定位產(chǎn)生的誤差、系統(tǒng)組合產(chǎn)生的誤差、航測儀內(nèi)方位元素產(chǎn)生的誤差以及檢校場中產(chǎn)生的誤差。

3.1 IMU姿態(tài)角測量產(chǎn)生的誤差

IMU的設(shè)計結(jié)構(gòu)本身就具有很強(qiáng)的特殊性，它測量的時間越長，誤差也就會隨著時間的推移而增加，長此以往就會影響到測量數(shù)值的精準(zhǔn)性。而它內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的加速度計本身也會帶來動態(tài)的誤差，還有就是陀螺儀在漂移的過程中也會帶來姿態(tài)的誤差。目前解決IMU誤差的最好方式是借助GPS定位系統(tǒng)，它們之間可以通過相互彌補(bǔ)彼此的劣勢，從而形成最優(yōu)化的求解方式，獲得在運(yùn)行過程中高精度的數(shù)據(jù)參數(shù)。

3.2 差分定位產(chǎn)生的誤差

差分定位也叫作相對定位，它是根據(jù)兩臺或者兩臺以上的接收器來觀測測量點(diǎn)的相對位置的一種方法。在載體運(yùn)行的過程中，衛(wèi)星信號會經(jīng)常出現(xiàn)信號故障、信號短路等特殊狀況，除此之外，在航空測量的時候，空中的情況也是相對復(fù)雜的，比如常見的情況有：空氣阻力大小的不確定性，對流層和電路層對線路的沖擊，以及在信息傳輸?shù)倪^程中，載體會受到一些物體的反射，從而改變了信號的傳播方向和相位等，這些因素都會導(dǎo)致定位的精準(zhǔn)度。

3.3 系統(tǒng)組合產(chǎn)生的誤差

POS輔助航空攝影測量系統(tǒng)的組成部分分3類，分別是慣性測量單元、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及計算機(jī)部分，不同設(shè)備在組合過程中必然會出現(xiàn)一定的誤差，而在數(shù)據(jù)處理的時候，不同設(shè)備處理的方式和結(jié)果也會有一些出入。當(dāng)將組合設(shè)備放入到航空中進(jìn)行拍攝的時候，也會受到當(dāng)天環(huán)境的影響，從而產(chǎn)生時間延遲、數(shù)據(jù)處理不及時、傳送過程中偏離中心等現(xiàn)象。

3.4 航測儀內(nèi)方位元素產(chǎn)生的誤差

在航空測量的過程中，航測儀內(nèi)方位元素通常情況下是由廠家來確定的，廠家會對儀器進(jìn)行檢測和調(diào)整，最終運(yùn)用到實際的測量應(yīng)用中，但是內(nèi)方位元素會隨著時間的推移，發(fā)生一些周期性的小變化。而在實驗室的工作人員對航空環(huán)境進(jìn)行的預(yù)測和分析與實際的航空環(huán)境肯定會存在一定的偏差，因此內(nèi)方位元素也會存在固定的誤差，從而影響到整個測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，而這個誤差也只能通過提升操作人員對環(huán)境參數(shù)預(yù)測的準(zhǔn)確度來實現(xiàn)。

3.5 檢校場中產(chǎn)生的誤差

由于以上4種情況都存在著一定的誤差，因此在三軸上的偏心角和偏心分量相對于中心而言也會存在一定的誤差，從而會影響到定位的準(zhǔn)確性。而偏心角和偏心分量的改正是通過檢校場來實現(xiàn)的，但是校驗場本身也會存在一些固定誤差，因此就會影響到偏心角和偏心分量，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度受到影響。

4 ?結(jié)語

POS輔助航空攝影測量技術(shù)是當(dāng)前航空測量中最為先進(jìn)的一項技術(shù)，它的出現(xiàn)也顛覆了傳統(tǒng)的測量技術(shù)，它可以瞬間拍攝到當(dāng)前的地理位置，并且形成高清的三維立體圖像，將信息傳送到中心站，這樣不但降低了繪圖的成本，而且還提高了操作人員的工作效率。隨著我國科技的不斷進(jìn)步，POS技術(shù)的誤差也會逐漸減少，從而運(yùn)用到更廣泛的領(lǐng)域中去。

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