POS輔助空中三角測(cè)量在大比例尺航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用研究

劉愛(ài)霞　吳文靜

摘 要：POS輔助空三技術(shù)的應(yīng)用使得傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量擺脫了對(duì)于大量地面控制點(diǎn)的依賴性，在提高作業(yè)效率的同時(shí)也帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)效益。該文結(jié)合具體的生產(chǎn)項(xiàng)目，對(duì)1∶1 000大比例尺測(cè)圖中POS輔助空三的精度進(jìn)行分析，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)探討像控點(diǎn)布設(shè)的最優(yōu)方案，為POS輔助空三在1∶1 000成圖中的應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：POS輔助空中三角測(cè)量 像控點(diǎn)布設(shè) 最優(yōu)方案 精度分析

中圖分類號(hào)：P23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）11（c）-0009-04

Abstract：POS supported aerial triangulation technology application make the traditional photogrammetry from the dependent on large number of ground control points，this can not only improve the operational efficiency，at the same time also brought great economic benefits.This dissertation mainly make Accuracy analysis of POS supported aerial triangulation in 1∶1 000 large scale digital mapping，and discuss the optimal solution of the control point layout through experiments.All of those provide a reliable technical support for the POS supported aerial triangulation application in 1∶1 000 large scale digital mapping.

Key Words： POS supported aerial triangulation； Control point layout； Optimal decision； Accuracy analysis

近幾年，將POS系統(tǒng)應(yīng)用到航空攝影測(cè)量領(lǐng)域成為研究熱點(diǎn)。POS系統(tǒng)主要由GPS和IMU兩個(gè)核心部件組成，GPS 用于獲取影像的空間坐標(biāo)，IMU 用于記錄三個(gè)姿態(tài)角，將POS系統(tǒng)與航攝儀集成在一起，通過(guò)聯(lián)合解算可以直接獲取到每張像片的6個(gè)外方位元素。

POS 輔助航空攝影測(cè)量方法主要包括：

（1）直接定向法（Direct Georeferencing，DG）[1]，采用IMU/GPS輔助航空攝影技術(shù)，得到每張像片的外方位元素，實(shí)現(xiàn)無(wú)需地面控制點(diǎn)的航空攝影測(cè)量方法。

（2）輔助定向法（Integrated Sensor Orientation，ISO）[2]，即將POS系統(tǒng)獲取的每張像片的外方位元素作為帶權(quán)觀測(cè)值參與攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差，進(jìn)而得到每張像片的高精度外方位元素。

該文重點(diǎn)研究了POS輔助定向法滿足1∶1 000成圖精度的像控點(diǎn)布設(shè)方案，為項(xiàng)目的進(jìn)一步執(zhí)行提供技術(shù)參考。

1 POS輔助空中三角測(cè)量

1.1 POS輔助空中三角測(cè)量

POS輔助空中三角測(cè)量，國(guó)際上也稱為ISO（Integrated Sensor Orientation），是將基于GPS/IMU 組合系統(tǒng)直接獲取的每張像片的外方位元素，作為帶權(quán)觀測(cè)值參與攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差，獲得更高精度的像片外方位元素成果。

POS輔助空中三角測(cè)量實(shí)際使用時(shí)，是將GPS/IMU獲取的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)代入到空三運(yùn)算中，利用像片匹配的連接點(diǎn)和地面控制點(diǎn)等輔助數(shù)據(jù)，可以獲得更高精度的結(jié)果。國(guó)際上大量實(shí)驗(yàn)證明，即使僅用像片連接點(diǎn)，而不用地面控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合平差，也能大大提高GPS/IMU獲得的外方位元素的精度，尤其是高程的精度和穩(wěn)定性。如果再加入地面控制點(diǎn)，則整個(gè)模型非常穩(wěn)健，計(jì)算結(jié)果的精度接近于常規(guī)空三結(jié)果。有研究結(jié)果表明，僅用1個(gè)地面控制點(diǎn)就達(dá)到很高的精度，使用2個(gè)地面控制點(diǎn)精度進(jìn)一步提高，當(dāng)加到3個(gè)、4個(gè)地面控制點(diǎn)時(shí)，精度雖有提高但已不明顯，因此考慮到粗差的檢測(cè)以及整體的穩(wěn)定性，一般在測(cè)區(qū)4角加入地面控制點(diǎn)比較合理。

1.2 POS輔助空中三角測(cè)量的應(yīng)用前景

目前我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)對(duì)大比例尺圖件的需求與日俱增，由于傳統(tǒng)的空中三角測(cè)量的精度受各種條件的限制，而POS輔助空三加密技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)空三加密的缺陷，不僅改變了過(guò)去先進(jìn)行航攝、接著對(duì)外業(yè)的像片控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量 ，最后進(jìn)行內(nèi)業(yè)的空三加密工序流程，而且提高了精度，減少作業(yè)的程序。提高了作業(yè)效率，為最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的自動(dòng)化生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。進(jìn)一步將空三加密成果精度得到提高，使大比例尺成圖精度達(dá)到國(guó)家規(guī)范要求有了更高的保障。所以，POS輔助空中三角測(cè)量的技術(shù)更加完善，其應(yīng)用即將更加廣泛。

同時(shí)，POS輔助空中三角測(cè)量解決了西部困難重重的地形復(fù)雜地區(qū)，無(wú)法進(jìn)行外業(yè)控制測(cè)量的難題，使得測(cè)繪小比例尺圖件成為現(xiàn)實(shí)。相信，不久的將來(lái)在我國(guó)所有的疆域上不再有測(cè)繪者不能測(cè)量的地方，使航空攝影測(cè)量在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的西部大開(kāi)發(fā)中發(fā)揮更大的作用。

2 實(shí)驗(yàn)研究

2.1 項(xiàng)目概況

新疆測(cè)區(qū)地處我國(guó)西北邊陲，地形以山間平原盆地和河谷地為主。測(cè)區(qū)東北部多為山地，海拔較高；其他地區(qū)以山間平原盆地和低矮丘陵為主，地勢(shì)比較平坦，地形起伏不大。地形類別以平地、丘陵地為主，包含部分山地。

該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選用新疆項(xiàng)目所獲取的航空影像，采用POS輔助航空攝影技術(shù)，所使用的相機(jī)為UCXp相機(jī)，相機(jī)焦距為100 mm，CCD面陣像元數(shù)為17 310×11 310，像元尺寸為6 um，設(shè)計(jì)影像地面分辨率為0.08 m，相對(duì)航高為1 330 m。該實(shí)驗(yàn)選取了5條航線，每條航線約27張影像，共計(jì)133張影像?？杖用懿捎贸Ｒ?guī)空三， POS輔助空三四點(diǎn)法、五點(diǎn)法、六點(diǎn)法進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算。