解析空中三角測量發(fā)展

解析空中三角測量最新發(fā)展

《攝影測量學(xué)》（上）第八章武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院攝影測量教研室主要內(nèi)容攝影測量加密方法的回顧攝影測量區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差GPS

輔助空中三角測量POS

輔助空中三角測量一、傳統(tǒng)攝影測量加密XZYSS高程控制點(diǎn)平高控制點(diǎn)待定點(diǎn)航帶法

解求航線的非線性改正參數(shù)

獨(dú)立模型法

解求模型的相似變換參數(shù)光束法

解求像片的外方位元素及物點(diǎn)坐標(biāo)傳統(tǒng)攝影測量加密的三種方法像片坐標(biāo)初步航帶平差計(jì)算/量測航線區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算/量測獨(dú)立模型相對定向航線構(gòu)成光束法獨(dú)立模型法航帶法傳統(tǒng)的攝影測量目標(biāo)定位過程

像控測量獲得GCP坐標(biāo)空三加密解算像片外方位元素Xs,Ys,Zs,,,前方交會(huì)解算地面點(diǎn)坐標(biāo)航空攝影外業(yè)控制空三加密將原始的大地測量觀測值、一般的控制信息和/或相對控制條件與攝影測量觀測值一起進(jìn)行平差，以取代地面控制點(diǎn)二、攝影測量與大地測量

觀測值的聯(lián)合平差大地測量觀測值距離角度天文經(jīng)緯度局部坐標(biāo)像片外方位元素高差儀記錄攝站坐標(biāo)像片姿態(tài)攝站間坐標(biāo)差相對控制條件湖面等高平面圓周共線攝影測量觀測值誤差方程共線條件誤差方程像片未知數(shù)坐標(biāo)未知數(shù)空間距離觀測值誤差方程的建立誤差方程空間距離誤差方程矩陣形式i

(Xi,Yi,Zi)j

(Xj,Yj,Zj)聯(lián)合平差中法方程的構(gòu)建和求解誤差方程矩陣形式法方程解的矩陣形式聯(lián)合平差法方程系數(shù)陣3×21片光束法區(qū)域網(wǎng)加入16個(gè)距離觀測值后的法方程系數(shù)陣結(jié)構(gòu)圖聯(lián)合平差中法方程的構(gòu)建和求解帶有條件的間接平差誤差方程矩陣形式法方程解的矩陣形式k為聯(lián)系數(shù)＝條件式個(gè)數(shù)聯(lián)合平差法方程系數(shù)陣3×21片光束法區(qū)域網(wǎng)加入16個(gè)距離觀測值后的法方程系數(shù)陣結(jié)構(gòu)圖邊框?qū)挾葹?6利用安裝于飛機(jī)上與航攝儀相連接的和設(shè)在地面一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)站上的至少兩臺GPS信號接收機(jī)同步而連續(xù)地觀測GPS衛(wèi)星信號、同時(shí)獲取航空攝影瞬間航攝儀快門開啟脈沖，經(jīng)GPS載波相位測量差分定位技術(shù)的離線數(shù)據(jù)后處理獲取航攝儀曝光時(shí)刻攝站的三維坐標(biāo)，然后將其視為帶權(quán)觀測值引入攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差中，經(jīng)采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型來整體確定地面目標(biāo)點(diǎn)位和像片方位元素，并對其質(zhì)量進(jìn)行評定的理論、技術(shù)和方法GPS-supportedAerialTriangulation三、GPS輔助空中三角測量單差分方式相對動(dòng)態(tài)GPS定位示意圖帶GPS的航空攝影GPS輔助空中三角測量XZYSS待定點(diǎn)高程控制點(diǎn)平高控制點(diǎn)作業(yè)過程現(xiàn)行航空攝影系統(tǒng)改造及偏心測定帶GPS接收機(jī)的航空攝影解求GPS攝站坐標(biāo)GPS攝站坐標(biāo)與攝影測量數(shù)據(jù)聯(lián)合平差，以確定目標(biāo)點(diǎn)位并評定其質(zhì)量GPS輔助航空攝影系統(tǒng)天線航攝儀GPS天線GPS接收機(jī)現(xiàn)行航空攝影系統(tǒng)改造GPS航空攝影系統(tǒng)的空間偏移YZXGPS攝站坐標(biāo)解求依照Kalman濾波遞推算法，求出每一觀測歷元時(shí)刻機(jī)載GPS天線的空間坐標(biāo)利用插值方法，由相鄰兩個(gè)歷元的GPS天線位置內(nèi)插航攝儀曝光時(shí)刻GPS攝站坐標(biāo)武漢大學(xué)研制成功了相應(yīng)的GPS差分動(dòng)態(tài)定位軟件DDkin（GPSkinematicpositioning）狀態(tài)方程觀測方程GPS動(dòng)態(tài)定位軟件DDkinGPS輔助光束法平差誤差方程是在自檢校光束法區(qū)域網(wǎng)平差基礎(chǔ)上顧及投影中心與機(jī)載GPS天線相位中心幾何關(guān)系所得到的一個(gè)基礎(chǔ)方程法方程仍為鑲邊帶狀矩陣,但邊寬加大了,而其良好稀疏帶狀結(jié)構(gòu)并沒有破壞。因此可用傳統(tǒng)的邊法化邊消元的循環(huán)分塊解法求解測區(qū)兩端必須要布設(shè)足夠的地面控制點(diǎn)或采用特殊的像片覆蓋圖投影中心與GPS天線相位中心之幾何關(guān)系A(chǔ)機(jī)載GPS天線相位中心航攝儀投影中心SMZYXuvwxyGPS攝站坐標(biāo)誤差方程顧及動(dòng)態(tài)GPS定位之系統(tǒng)誤差線性化之誤差方程GPS輔助光束法誤差方程將GPS攝站坐標(biāo)視為帶權(quán)觀測值引入自檢校光束法平差所得到的一個(gè)基礎(chǔ)方程GPS輔助光束法法方程與常規(guī)光束法比較法方程邊寬加大了,但其良好稀疏帶狀結(jié)構(gòu)并沒有破壞GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差法方程系數(shù)陣

ABCDEFGHIJKLMNO

crd加密點(diǎn)坐標(biāo)未知數(shù)像片外方位元素未知數(shù)附加參數(shù)

1

3

57

9

11

13

15

17

19轉(zhuǎn)

置

對項(xiàng)稱×1234567891011121314151617181920ABCDEFGHIJKLMNO1，2，…，20待定點(diǎn)名

A，B，…，O像片名

平高地面控制點(diǎn)×××××××××××××××航空攝影模式構(gòu)架航線構(gòu)架航線

a、四角平高控制點(diǎn)＋

2排高程控制點(diǎn)

b、四角平高控制點(diǎn)＋

2條垂直構(gòu)架航線平高地面控制點(diǎn)高程地面控制點(diǎn)建議采用的地面控制方案中國GPS空三試驗(yàn)區(qū)分布圖承德(1998)面積:81000km2黑龍江(1996~1998)

面積:17600km2北京(1996~1998)

面積:205km2

天津(1995)面積:1100km2太原(1994)面積:10km2中越邊界(1996~1998)

面積:10700km2海南島(1996~1998)

面積:30000km2總面積：500000km2加密區(qū)：150000km2新疆(2002~2004)面積:142000km2酒泉(2004)面積:32000km2秦嶺(2004)面積:24000km2敦煌(2004)面積:25000km2GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差實(shí)例區(qū)域網(wǎng)基本參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)航攝飛機(jī)運(yùn)-12航攝儀LeicaRC-30航攝膠片Kodak2444航攝儀主距153.84mm攝影比例尺1:2500航向重疊61％旁向重疊32％航線9條構(gòu)架航線2條像片255張地面控制點(diǎn)72個(gè)加密點(diǎn)3632個(gè)區(qū)域范圍4km×5km

平差計(jì)算實(shí)例GPS攝站坐標(biāo)觀測值文件各種觀測值權(quán)的設(shè)定自由航帶網(wǎng)概略絕對定向GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差WuCAPS加密結(jié)果的比較

(2004年航空攝影,航攝比例尺1:2500,平地)2444膠片，RC-30(153mm)，區(qū)域?yàn)?×21，Trimble5700，1s數(shù)據(jù)更新率明顯地物點(diǎn)(常規(guī)光束法平差須布設(shè)個(gè)23平高點(diǎn)和個(gè)16高程點(diǎn))對于1:500航測成圖，檢查點(diǎn)不符值：平面<0.25m，高程<0.30m太原試驗(yàn)

(1994年航空攝影,航攝比例尺1:5000,丘陵地形)太原試驗(yàn)

(1994年航空攝影,航攝比例尺1:5000,丘陵地形)GPS輔助空三結(jié)果分析帶地面控制的GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差理論精度非常好：平面1.2so~2.8so，高程2.0so~4.4so，達(dá)到自檢校光束法區(qū)域網(wǎng)平差精度實(shí)際精度：平面1.6so~4.3so，高程1.3so~3.1so，高程方面與理論精度完全符合，平面位置由于內(nèi)業(yè)判點(diǎn)誤差等導(dǎo)致與理論精度有一定差距。但平差結(jié)果完全滿足測圖控制對加密成果的精度要求無地面控制GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差具有較大的系統(tǒng)誤差，實(shí)際精度與理論精度相差較遠(yuǎn)。但成果仍能滿足了1:25000地形圖航測成圖精度要求GPS航空攝影測量技術(shù)20年回眸我國西部困難地區(qū)測圖最經(jīng)濟(jì)、最成熟的方法

利用區(qū)域兩端加飛垂直構(gòu)架航線的航攝方案，在四角帶有地面控制點(diǎn)時(shí)，完全可以滿足1:10000比例尺地形測圖的加密精度要求；無地面控制時(shí)，完全可以滿足1:50000比例尺地形測圖的加密精度要求

GPS輔助航空攝影測量技術(shù)應(yīng)用于1:10000地形圖測繪，粗略估算，可減少外業(yè)30%—40%工作量，可極大地縮短航測成圖周期已完成新疆地區(qū)552幅1:10000地形圖的測繪任務(wù)

2004年，新疆巴州測區(qū)174幅

2005年，新疆阿克陶測區(qū)30幅、喀什測區(qū)131幅、阿圖什測區(qū)89幅和庫爾勒測區(qū)128幅GPS航空攝影測量技術(shù)用于西部測圖展望配合數(shù)碼航空攝影可以明顯提高測圖效率

在沙漠、地勢較為平坦地區(qū)可考慮采用數(shù)碼航空攝影在山區(qū)、高山區(qū)可考慮采用短焦距的模擬航空攝影采用精密單點(diǎn)定位技術(shù)可以顯著降低作業(yè)難度

初步試驗(yàn)證實(shí)，在帶有四角地面控制的GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差中，采用單點(diǎn)定位與差分定位所獲取的地面目標(biāo)點(diǎn)的精度是一致的如果在西部地區(qū)布設(shè)適量的GPS地面跟蹤站，采用GPS航空攝影技術(shù)可以不用設(shè)置地面基準(zhǔn)站POS

PositionOrientationSystemGPS

接收機(jī)IMU慣性測量裝置中央控制器測定傳感器的位置和姿態(tài)AEROcontrol機(jī)載定位定姿系統(tǒng)3套POS機(jī)載定位定姿系統(tǒng)8套POS系統(tǒng)IMU安裝POS航空攝影系統(tǒng)天線GPS接收機(jī)航攝儀航攝相機(jī)導(dǎo)航控制系統(tǒng)IMU高精度姿態(tài)測量系統(tǒng)

IMU與相機(jī)連接架機(jī)載DGPS天線地面DGPS基站接收機(jī)

POS系統(tǒng)目前國際商用系統(tǒng)：

1、加拿大POS系統(tǒng) 2、德國AerocontrolIId系統(tǒng)POS系統(tǒng)直接測量攝影時(shí)刻像片位置與姿態(tài)精度POS航空攝影系統(tǒng)的空間偏移

POSRTTM

數(shù)據(jù)下載軟件

POSProcTM

GPS輔助慣性導(dǎo)航與回歸平滑模塊

POSGPSTM

差分GPS數(shù)據(jù)處理模塊

POSEOTM

像片外方位元素計(jì)算模塊

POSCalTM

POS系統(tǒng)檢校與質(zhì)量控制模塊

STGTM

連接點(diǎn)半自動(dòng)量測模塊POS系統(tǒng)處理軟件POS在攝影測量中的應(yīng)用空間前方交會(huì)解算地面點(diǎn)坐標(biāo)

（直接傳感器定向）POS輔助空中三角測量

（集成傳感器定向）POS系統(tǒng)測定像片外方位元素

Xs,Ys,Zs,,,空間前方交會(huì)單模型點(diǎn)投影系數(shù)法多片最小二乘平差法A機(jī)載GPS天線相位中心航攝儀投影中心SMZYXuvwxyPOS輔助空中三角測量POS輔助空中三角測量IIMU旋轉(zhuǎn)中心航攝儀投影中心SMZYXuvwxyxIyIzIPOS系統(tǒng)誤差的檢校檢校場POS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差實(shí)例區(qū)域網(wǎng)基本參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)航攝飛機(jī)運(yùn)-12航攝儀LeicaRC-30航攝膠片Kodak2444航攝儀主距153.84mm攝影比例尺1:2500航向重疊61％旁向重疊32％航線9條構(gòu)架航線2條像片255張地面控制點(diǎn)72個(gè)加密點(diǎn)3632個(gè)區(qū)域范圍4km×5km

平差計(jì)算實(shí)例POS外方位元素觀測值文件各種觀測值權(quán)的設(shè)定直接定向法立體模型恢復(fù)POS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差WuCAPSPOS