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(guī)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(guī)劃編制與信息中心，云南 昆明650500）

通過POS系統(tǒng)可快速、直接獲取目標時刻高精度的姿態(tài)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(shù)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(tǒng)航空攝影測量成圖中的外業(yè)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(tǒng)）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(tài)信息，主要包括GPS接收機和IMU兩個部分[1-3]。利用POS系統(tǒng)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(yè)像片控制測量工作，提高生產效率。

機載POS系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)獲取的GPS天線相位中心的空間坐標（X,Y,Z）及IMU系統(tǒng)獲取的側滾角、俯仰角、航跡角進行數(shù)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(tài)角（φ，ω，κ），從而實現(xiàn)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(tǒng)獲取的空間坐標與3個姿態(tài)數(shù)據直接作為空中三角測量的附加觀測值參與區(qū)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(shù)量[6,7]。

CORS（連續(xù)運行參考站系統(tǒng)）為一個或若干個固定的、連續(xù)運行的GPS參考站，利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據通信和互聯(lián)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(shù)、狀態(tài)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(shù)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(qū)概況

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

試驗區(qū)跨越嵩明縣、富民縣和昆明市北部地區(qū)，面積約1 190 km2。區(qū)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(qū)范圍見圖1，坡度變化見圖2。

圖1 試驗區(qū)范圍圖

2.2 POS數(shù)據解算及檢校

2.2.1 POS數(shù)據解算

試驗使用POSPac軟件進行POS數(shù)據解算。POSPac將機載動態(tài)GPS數(shù)據、攝影姿態(tài)數(shù)據與地面基站靜態(tài)GPS數(shù)據進行組合處理，從而提高動態(tài)GPS數(shù)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(shù)據和慣性導航數(shù)據進行有效解算和軌跡光滑。

POS數(shù)據處理如下：①收集試驗區(qū)內采樣頻率符合要求的衛(wèi)星定位連續(xù)運行基準站的觀測數(shù)據，聯(lián)合機載GPS觀測數(shù)據，按照后處理精密動態(tài)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(shù)據進行POS數(shù)據聯(lián)合處理，并顧及系統(tǒng)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(shù)據檢校

將系統(tǒng)部件之間的偏心角、位移檢校數(shù)據，通過整體平差的方法解算出定位定姿參數(shù)，改正航帶平面和高程漂移系統(tǒng)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(shù)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(shù)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(tǒng)誤差。④應用偏心角及三維坐標系統(tǒng)誤差，對整個攝區(qū)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(shù)據進行處理，得到檢校場精度如表1所示?？梢钥闯?，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(qū)外方位元素的計算。

圖2 試驗區(qū)坡度變化圖

表1 試驗區(qū)檢校場精度

2）解算外方位元素精度。對試驗區(qū)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(shù)據后處理和消除系統(tǒng)誤差后，GPS/IMU參數(shù)可達到較高精度。

表2 試驗區(qū)外方位元素解算精度

3）檢查點精度評價。在試驗區(qū)布設均勻分布的25個控制點，采用GPS野外聯(lián)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(guī)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。