POS輔助數(shù)碼航空攝影測量在數(shù)字城市平臺建設中的應用

汪本榮

（安徽省第三測繪院，安徽 合肥 230601）

0 引 言

數(shù)字城市平臺作為一種城市運行、建設情況虛擬化呈現(xiàn)的重要方式，依托于計算機技術、多媒體技術、存儲技術等，在定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)的支持下，從多個維度展現(xiàn)出城市范圍內(nèi)人與人、人與環(huán)境之間的相互關系，是城市整體規(guī)劃、日常管理的主要手段。為提升數(shù)字城市平臺信息獲取的實時性與準確性，文章嘗試通過POS輔助數(shù)碼航空攝影測量的方式，實現(xiàn)城市信息的快速捕捉，為數(shù)字城市平臺建設提供信息源。

1 POS輔助數(shù)碼航空攝影測量技術概述

為充分發(fā)揮POS技術的輔助作用，不斷提升數(shù)碼航空攝影測量的精確度，觀測人員在優(yōu)化技術應用方案之前，有必要著眼于實際，對POS技術原理、數(shù)碼航空攝影測量進行全面分析，形成系統(tǒng)的認知，為后續(xù)相關技術應用活動的開展提供方向性引導。

1.1 數(shù)碼航空攝影技術特性分析

數(shù)碼航空攝影技術以飛機作為主要載體，通過航攝相機對目標區(qū)域進行連續(xù)性攝影獲取圖片數(shù)據(jù)，并在此基礎上通過對地面控制點、立體測繪工作的聯(lián)動形成區(qū)域性地形圖。數(shù)碼航空攝影獲取的數(shù)據(jù)境地較高，受環(huán)境因素影響較小，是目前我國主流的一種地理信息觀測手段，被廣泛應用于災害預警、資源開發(fā)和環(huán)境保護等領域[1]。隨著技術手段的不斷豐富與成熟，數(shù)碼航空攝影技術將GPS導航系統(tǒng)納入自身框架內(nèi)，實現(xiàn)了空中三角測量，使得數(shù)碼航空攝影技術的測量精度穩(wěn)步提升。但是，從技術層面來看，GPS技術難以實現(xiàn)數(shù)碼航空攝影的動態(tài)化管控，難以實現(xiàn)連續(xù)性影像資料獲取?；谶@種實際，相關技術團隊在數(shù)碼航空攝影技術應用環(huán)節(jié)嘗試引入POS技術，期望借助POS技術的定位導航能力，輔助數(shù)碼航空攝影技術開展監(jiān)測活動。

1.2 POS技術原理分析

POS作為一種新型定向定位系統(tǒng)，實現(xiàn)了GPS導航與慣性導航的有效銜接，彌補了過往數(shù)碼航空攝影技術在信息獲取連續(xù)性等方面的不足，完善了整個攝影流程。同時，POS技術的參與，使得數(shù)碼航空攝影對于地面控制點的依賴性大幅度降低，無形之中縮小了操作難度，提升了實用性，降低了技術使用成本。此外，在相關技術的支持下，POS使得數(shù)碼航空攝影不需要空中三角測量，也能夠快速實現(xiàn)圖像信息的定點傳輸。這些技術優(yōu)勢，使得POS輔助數(shù)碼航空攝影成為一種可能。從技術層面看，POS技術將GPS導航系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)融合起來，從而使得POS具有一定的獨立性，能夠在不依靠外界控制設備、控制指令的情況下進行自主導航，并在導航過程中提供空間方位、運動時刻以及水平基準等基本信息。由于合理使用GPS技術，POS技術的測量精度進一步提升，使其具有極強的續(xù)航能力，滿足大范圍數(shù)碼航空攝影技術的使用需求。這種技術特性使得POS技術實現(xiàn)了GPS定位、慣性導航的優(yōu)化組合，不斷增強觀測結(jié)果的準確性，減少外部環(huán)境對整個技術活動的干擾，避免觀測過程中出現(xiàn)信號丟失或者跳轉(zhuǎn)的情況，從而有效控制觀測誤差，提升了整個觀測的準確性[2]。POS技術對于慣性導航技術的應用，使得其在內(nèi)部形成獨立單位，有效規(guī)避外部環(huán)境對觀測定位工作的影響，從而在復雜的環(huán)境下順利完成導航定位工作，實現(xiàn)高頻率的定位信息發(fā)送與獲取。正是由于POS技術的優(yōu)勢，越來越多的數(shù)字航空攝影技術人員在定位技術選擇過程中將POS作為首選，實現(xiàn)導航定位的升級，強化影像數(shù)據(jù)的傳輸能力，為后續(xù)相關數(shù)據(jù)開發(fā)、應用工作的開展奠定了堅實基礎。

2 數(shù)字城市平臺建設基本要求

數(shù)字城市平臺在建設、運行過程中涉及多種硬件設備、軟件系統(tǒng)的參與。基于這種認知，為了理順數(shù)字城市平臺建設的基本流程，確保POS輔助數(shù)碼航空攝影測量技術的應用效果，觀測人員有必要分析數(shù)字城市平臺建設的基本訴求，確保POS輔助數(shù)碼航空攝影測量技術應用的有效性。

數(shù)字城市平臺在建設過程中，需要自然資源、社會資源和基礎設施等空間信息的參與。為實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的科學高效使用，在數(shù)字城市平臺建設環(huán)節(jié)需要技術人員做好相應的技術處理與應對，提升數(shù)據(jù)信息存儲、交互和處理的有效性。數(shù)字城市平臺的這種技術特性，要求在平臺建設過程中做好城市相關數(shù)據(jù)信息的收集、匯總、處理以及調(diào)用工作，確保數(shù)字城市平臺相關信息呈現(xiàn)的完整度和有效性，幫助用戶在短時間內(nèi)準確掌握相關區(qū)域的自然環(huán)境和人文風俗?？紤]到我國城市化進程較快，數(shù)字城市平臺建設對于空間信息的時效性有著較為嚴格的要求。通過實時更新信息數(shù)據(jù)，能夠在短時間內(nèi)快速獲取各類信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的快速更新，真實、完整地呈現(xiàn)出城市的變化情況[3]?；谏鲜鲂枨螅瑪?shù)字城市平臺在實際構(gòu)建環(huán)節(jié)需要借助必要的技術手段，保證空間數(shù)據(jù)信息獲取的實時性與準確性，從而為用戶提供整體性的城市規(guī)劃和管理信息。

3 POS輔助數(shù)碼航空攝影測量技術在數(shù)字城市平臺建設中的應用方法

POS輔助數(shù)碼航空攝影測量技術在數(shù)字城市平臺建設中的應用涉及多個層面的內(nèi)容。為推動平臺建設的有序開展，增強測量技術應用效果，觀測人員應當在科學性原則、實用性原則的引導下，結(jié)合相關技術原理與技術特性，轉(zhuǎn)變技術應用思路，采取更有效的手段，促進POS輔助數(shù)碼航空攝影測量技術在數(shù)字城市平臺建設中的應用。

3.1 做好控制點布設工作

為有效發(fā)揮POS的輔助能力，在使用數(shù)碼航空攝影測量技術的過程中，觀測人員需要根據(jù)區(qū)域地理特性做好控制點的布設工作。具體來看，在布設工作之初，觀測人員應當依據(jù)《POS系統(tǒng)應用航空攝影試飛方案》等技術規(guī)范，結(jié)合觀測要求，有針對性地做好控制點的布設工作。通過必要的控制點布局，進一步提升整個POS技術的輔助能力，實現(xiàn)數(shù)碼航空攝影測量技術在攝影環(huán)節(jié)的高效應用，使得觀測人員能夠根據(jù)測量需求方便靈活地開展數(shù)碼影像的獲取工作[4]。

3.2 科學規(guī)劃地面站布局

在數(shù)碼航空攝影測量技術應用過程中，為了進一步發(fā)揮POS技術的輔助作用，除了進行必要的控制點布設工作之外，還要在測量區(qū)域內(nèi)布設一定數(shù)量的基準站。但是，考慮到基準站觀測數(shù)量與數(shù)碼航空攝影精度之間的關系，觀測人員根據(jù)GB/T18314與GJB2228-1994等技術規(guī)范的規(guī)定，結(jié)合過往相關實踐工作的有益經(jīng)驗，需做好POS技術中GPS基準站的選址工作。

3.3 開展POS外方元素解算

在使用POS對數(shù)碼航空攝影進行輔助性定位、導航的過程中，考慮到觀測環(huán)境的復雜性，觀測人員在實際操作環(huán)節(jié)需要借助于相關軟件做好POS外方元素解算工作。具體操作環(huán)節(jié)，觀測人員使用偏心角解算的方式，在獲取校場空三加密數(shù)據(jù)后，依托POS原始數(shù)據(jù)和相關基準站數(shù)據(jù)，利用PosPac等軟件對數(shù)碼航空攝影過程中偏心角進行必要的計算，細化觀測對象不同的觀測角度，增強整個數(shù)碼航空攝影技術對于目標觀測對象數(shù)據(jù)資料獲取的有效性。

3.4 進行必要的空三處理

現(xiàn)階段，部分軟件沒有很好地支持POS空三處理工作要求。基于這種實際，觀測人員對POS進行空三處理環(huán)節(jié)使用LPS軟件，建立一定的空間坐標系，通過LPS軟件使得數(shù)碼航空攝影測量獲取的各項數(shù)據(jù)能夠進行影像的生成、放大、縮小等工作，為數(shù)字城市平臺建設提供技術支持[5]。

4 實例分析

考慮到目前POS輔助數(shù)碼航空攝影測量技術應用經(jīng)驗積累不足，在實際應用環(huán)節(jié)存在漏洞。為有效應對上述情況，發(fā)揮技術優(yōu)勢，確保數(shù)字城市平臺建設水平，觀測人員有必要立足于實際，通過分析典型案例總結(jié)經(jīng)驗，理順技術應用流程，為后續(xù)相關數(shù)字城市平臺建設和數(shù)碼航空攝影測量技術的應用提供借鑒。

以五河縣為例，其地處皖東北淮河中下游，因境內(nèi)淮、澮、漴、潼、沱五水匯聚而得名。它地處東經(jīng)117°26′～ 118°04′，北緯 32°54′～ 33°21′，縣境東西長約56 km，南北寬約45 km，邊界長約230 km，總面積1 580 km2，東接江蘇省泗洪縣，南與明光市、鳳陽縣接壤，西與蚌埠市龍子湖區(qū)、固鎮(zhèn)縣毗鄰，北接泗縣、靈璧縣。它的數(shù)字縣域航攝與測圖范圍如圖1所示。

圖1 為五河縣數(shù)字縣域航攝與測圖范圍

根據(jù)相關部門的工作要求，對五河縣城區(qū)約80 km2的范圍進行地面分辨率為0.1 m的彩色數(shù)字航空攝影。采用攝影測量方法進行數(shù)字正射影像圖（DOM）制作和50 km2的1:1 000比例尺數(shù)字線劃圖（DLG）測繪，并在此基礎上獲取相關數(shù)據(jù)信息，完成該區(qū)域數(shù)字城市平臺的建設?；谖搴涌h的觀測需求，觀測人員在使用POS技術輔助數(shù)碼航空攝影的過程中，在GB/T 15967-2008《1:500 1:1 000 1:2 000地形圖航空攝影測量數(shù)字化測圖規(guī)范》等技術規(guī)范的引導下，進一步掌握數(shù)碼航空攝影測量的精度要求，提升POS技術應用的合理性與有效性。在這一思路的指導下，觀測人員提前進入觀測區(qū)域，根據(jù)1:2 000的比例尺測量精度要求，合理設置觀測點。例如，工作人員在100 km2的范圍內(nèi)設置42個控制點，在觀測過程中分別使用大理石、木樁等標記控制點，并在此基礎上逐步形成完備的控制點布機制，為后續(xù)數(shù)碼航空攝影工作的開展奠定了堅實基礎。在對五河縣進行數(shù)碼航空攝影測量的過程中，觀測人員對基準站進行了合理設置，初步完成布局后，組織人員評估基準站布局的合理性和科學性，根據(jù)評估結(jié)果調(diào)整基準站設置空間位置，不斷提升整個測量結(jié)果的準確性。五河縣在使用POS輔助數(shù)字航空攝影技術的過程中，通過像片控制測量、空三加密以及數(shù)字正射影像等手段，確保技術的有效銜接。例如，觀測人員通過像控點點位布設合理，數(shù)量滿足空三加密需要，點記清晰、準確，測量精度符合規(guī)范與技術設計要求。同時，在數(shù)學基礎、相機參數(shù)正確，匹配連接點組網(wǎng)合理，平差精度符合規(guī)范與設計要求的基礎上進行技術方案的完善與優(yōu)化。在完成上述技術活動中，為增強數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的直觀性，觀測人員需要做好數(shù)字高程模型制作工作，保證數(shù)據(jù)接邊完好，內(nèi)插生成的高程表達正確，地形反映清晰明了，無明顯錯點數(shù)據(jù)，高程精度符合規(guī)范與設計要求。

表1 性能測試結(jié)果

5 結(jié) 論

POS輔助數(shù)碼航空攝影測量技術有效提升了數(shù)碼航空攝影的可操控性、信息采集的實時性以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，充分滿足數(shù)字城市平臺建設的相關技術要求。文章立足于實際，從多個層面出發(fā)，采取針對性的技術應用手段發(fā)揮POS技術作用，促進了數(shù)碼航空攝影技術水平的提升，確保該項技術手段在數(shù)字城市平臺建設中能夠合理高效使用。