解析空中三角測量發展

解析空中三角測量最新發展

《攝影測量學》（上）第八章武漢大學遙感信息工程學院攝影測量教研室主要內容攝影測量加密方法的回顧攝影測量區域網聯合平差GPS

輔助空中三角測量POS

輔助空中三角測量一、傳統攝影測量加密XZYSS高程控制點平高控制點待定點航帶法

解求航線的非線性改正參數

獨立模型法

解求模型的相似變換參數光束法

解求像片的外方位元素及物點坐標傳統攝影測量加密的三種方法像片坐標初步航帶平差計算/量測航線區域網平差計算/量測獨立模型相對定向航線構成光束法獨立模型法航帶法傳統的攝影測量目標定位過程

像控測量獲得GCP坐標空三加密解算像片外方位元素Xs,Ys,Zs,,,前方交會解算地面點坐標航空攝影外業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行平差，以取代地面控制點二、攝影測量與大地測量

觀測值的聯合平差大地測量觀測值距離角度天文經緯度局部坐標像片外方位元素高差儀記錄攝站坐標像片姿態攝站間坐標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坐標未知數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)聯合平差中法方程的構建和求解誤差方程矩陣形式法方程解的矩陣形式聯合平差法方程系數陣3×21片光束法區域網加入16個距離觀測值后的法方程系數陣結構圖聯合平差中法方程的構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為聯系數＝條件式個數聯合平差法方程系數陣3×21片光束法區域網加入16個距離觀測值后的法方程系數陣結構圖邊框寬度為16利用安裝于飛機上與航攝儀相連接的和設在地面一個或多個基準站上的至少兩臺GPS信號接收機同步而連續地觀測GPS衛星信號、同時獲取航空攝影瞬間航攝儀快門開啟脈沖，經GPS載波相位測量差分定位技術的離線數據后處理獲取航攝儀曝光時刻攝站的三維坐標，然后將其視為帶權觀測值引入攝影測量區域網平差中，經采用統一的數學模型來整體確定地面目標點位和像片方位元素，并對其質量進行評定的理論、技術和方法GPS-supportedAerialTriangulation三、GPS輔助空中三角測量單差分方式相對動態GPS定位示意圖帶GPS的航空攝影GPS輔助空中三角測量XZYSS待定點高程控制點平高控制點作業過程現行航空攝影系統改造及偏心測定帶GPS接收機的航空攝影解求GPS攝站坐標GPS攝站坐標與攝影測量數據聯合平差，以確定目標點位并評定其質量GPS輔助航空攝影系統天線航攝儀GPS天線GPS接收機現行航空攝影系統改造GPS航空攝影系統的空間偏移YZXGPS攝站坐標解求依照Kalman濾波遞推算法，求出每一觀測歷元時刻機載GPS天線的空間坐標利用插值方法，由相鄰兩個歷元的GPS天線位置內插航攝儀曝光時刻GPS攝站坐標武漢大學研制成功了相應的GPS差分動態定位軟件DDkin（GPSkinematicpositioning）狀態方程觀測方程GPS動態定位軟件DDkinGPS輔助光束法平差誤差方程是在自檢校光束法區域網平差基礎上顧及投影中心與機載GPS天線相位中心幾何關系所得到的一個基礎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構并沒有破壞。因此可用傳統的邊法化邊消元的循環分塊解法求解測區兩端必須要布設足夠的地面控制點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系A機載GPS天線相位中心航攝儀投影中心SMZYXuvwxyGPS攝站坐標誤差方程顧及動態GPS定位之系統誤差線性化之誤差方程GPS輔助光束法誤差方程將GPS攝站坐標視為帶權觀測值引入自檢校光束法平差所得到的一個基礎方程GPS輔助光束法法方程與常規光束法比較法方程邊寬加大了,但其良好稀疏帶狀結構并沒有破壞GPS輔助光束法區域網平差法方程系數陣

ABCDEFGHIJKLMNO

crd加密點坐標未知數像片外方位元素未知數附加參數

1

3

57

9

11

13

15

17

19轉

置

對項稱×1234567891011121314151617181920ABCDEFGHIJKLMNO1，2，…，20待定點名

A，B，…，O像片名

平高地面控制點×××××××××××××××航空攝影模式構架航線構架航線

a、四角平高控制點＋

2排高程控制點

b、四角平高控制點＋

2條垂直構架航線平高地面控制點高程地面控制點建議采用的地面控制方案中國GPS空三試驗區分布圖承德(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：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輔助光束法區域網平差實例區域網基本參數項目參數航攝飛機運-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條構架航線2條像片255張地面控制點72個加密點3632個區域范圍4km×5km

平差計算實例GPS攝站坐標觀測值文件各種觀測值權的設定自由航帶網概略絕對定向GPS輔助光束法區域網平差WuCAPS加密結果的比較

(2004年航空攝影,航攝比例尺1:2500,平地)2444膠片，RC-30(153mm)，區域為9×21，Trimble5700，1s數據更新率明顯地物點(常規光束法平差須布設個23平高點和個16高程點)對于1:500航測成圖，檢查點不符值：平面<0.25m，高程<0.30m太原試驗

(1994年航空攝影,航攝比例尺1:5000,丘陵地形)太原試驗

(1994年航空攝影,航攝比例尺1:5000,丘陵地形)GPS輔助空三結果分析帶地面控制的GPS輔助光束法區域網平差理論精度非常好：平面1.2so~2.8so，高程2.0so~4.4so，達到自檢校光束法區域網平差精度實際精度：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，平面位置由于內業判點誤差等導致與理論精度有一定差距。但平差結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輔助光束法區域網平差具有較大的系統誤差，實際精度與理論精度相差較遠。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20年回眸我國西部困難地區測圖最經濟、最成熟的方法

利用區域兩端加飛垂直構架航線的航攝方案，在四角帶有地面控制點時，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，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應用于1:10000地形圖測繪，粗略估算，可減少外業30%—40%工作量，可極大地縮短航測成圖周期已完成新疆地區552幅1:10000地形圖的測繪任務

2004年，新疆巴州測區174幅

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

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

初步試驗證實，在帶有四角地面控制的GPS輔助光束法區域網平差中，采用單點定位與差分定位所獲取的地面目標點的精度是一致的如果在西部地區布設適量的GPS地面跟蹤站，采用GPS航空攝影技術可以不用設置地面基準站POS

PositionOrientationSystemGPS

接收機IMU慣性測量裝置中央控制器測定傳感器的位置和姿態AEROcontrol機載定位定姿系統3套POS機載定位定姿系統8套POS系統IMU安裝POS航空攝影系統天線GPS接收機航攝儀航攝相機導航控制系統IMU高精度姿態測量系統

IMU與相機連接架機載DGPS天線地面DGPS基站接收機

POS系統目前國際商用系統：

1、加拿大POS系統 2、德國AerocontrolIId系統POS系統直接測量攝影時刻像片位置與姿態精度POS航空攝影系統的空間偏移

POSRTTM

數據下載軟件

POSProcTM

GPS輔助慣性導航與回歸平滑模塊

POSGPSTM

差分GPS數據處理模塊

POSEOTM

像片外方位元素計算模塊

POSCalTM

POS系統檢校與質量控制模塊

STGTM

連接點半自動量測模塊POS系統處理軟件POS在攝影測量中的應用空間前方交會解算地面點坐標

（直接傳感器定向）POS輔助空中三角測量

（集成傳感器定向）POS系統測定像片外方位元素

Xs,Ys,Zs,,,空間前方交會單模型點投影系數法多片最小二乘平差法A機載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旋轉中心航攝儀投影中心SMZYXuvwxyxIyIzIPOS系統誤差的檢校檢校場POS輔助光束法區域網平差實例區域網基本參數項目參數航攝飛機運-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條構架航線2條像片255張地面控制點72個加密點3632個區域范圍4km×5km

平差計算實例POS外方位元素觀測值文件各種觀測值權的設定直接定向法立體模型恢復POS輔助光束法區域網平差WuCAPSPOS