14解析空中三角测量的最新发展

解析空中三角测量最新发展武汉大学遥感信息工程学院摄影测量教研室《摄影测量学》（上）第九章主要内容摄影测量加密方法回顾GPS辅助空中三角测量POS辅助空中三角测量一、传统摄影测量加密XZYSS高程控制点平高控制点待定点航带法解求航线的非线性改正参数独立模型法解求模型的相似变换参数光束法解求像片的外方位元素及物点坐标传统摄影加密的三种方法像片坐标初步航带平差计算/量测航线区域网平差计算/量测独立模型相对定向航线构成光束法独立模型法航带法传统的摄影测量目标定位过程像控测量获得GCP坐标空三加密解算像片外方位元素Xs,Ys,Zs,,,前方交会解算地面点坐标航空摄影外业控制空三加密利用安装于飞机上与航摄仪相连接的和设在地面一个或多个基准站上的至少两台GPS信号接收机同步而连续地观测GPS卫星信号、同时获取航空摄影瞬间航摄仪快门开启脉冲，经过GPS载波相位测量差分定位技术的离线数据后处理获取航摄仪曝光时刻摄站的三维坐标，然后将其视为附加观测值引入摄影测量区域网平差中，以取代地面控制，经采用统一的数学模型和算法来整体确定目标点位和像片方位元素，并对其质量进行评定的理论、技术和方法目的是极大地减少甚至完全免除常规空中三角测量所必需的地面控制点，以节省野外控制测量工作量、缩短航测成图周期、降低生产成本、提高生产效率二、GPS辅助空中三角测量单差分方式相对动态GPS定位示意图带GPS的航空摄影GPS辅助空中三角测量XZYSS待定点高程控制点平高控制点作业过程现行航空摄影系统改造及偏心测定带GPS信号接收机的航空摄影解求GPS摄站坐标GPS摄站坐标与摄影测量数据联合平差，以确定目标点位并评定其质量现行航空摄影系统改造机载天线相位中心航摄仪投影中心ASuvw带GPS信号接收机的航空摄影系统GPS天线放大器GPS信号接收机航摄仪天线GPS航空摄影系统的空间偏移YZXGPS摄站坐标解求依照Kalman滤波递推算法，求出每一观测历元时刻机载GPS天线的空间坐标利用插值方法，由相邻两个历元的GPS天线位置内插航摄仪曝光时刻GPS摄站坐标武汉大学研制成功了相应的GPS差分动态定位软件DDkin（GPSkinematicpositioning）状态方程观测方程kkkkk1k1kk1kk,kkVdDXHYWΓbBXΦX++1GPS动态定位软件DDkinGPS辅助光束法平差误差方程是在自检校光束法区域网平差基础上顾及投影中心与机载GPS天线相位中心几何关系所得到的一个基础方程法方程仍为镶边带状矩阵,但边宽加大了,而其良好稀疏带状结构并没有破坏。因此可用传统的边法化边消元的循环分块解法求解测区两端必须要布设足够的地面控制点或采用特殊的像片覆盖图投影中心与GPS天线相位中心之几何关系A机载GPS天线相位中心航摄仪投影中心SMZYXuvwxysssAAAZYXwvuZYXRGPS摄站坐标误差方程顾及动态GPS定位之系统误差线性化之误差方程ZYXZYXSSSAAAbbbttaaawvuZYXZYX)(0R测算AAAAAAZYXZYXSSSAAAZYXZYXZYXbbbttaaawvuZYXZYXvvvAAA)(,,,,0RGPS辅助光束法误差方程将GPS摄站坐标视为带权观测值引入自检校光束法平差所得到的一个基础方程gggsscsccxcxxPlDdRrtAVPlcEVPlxEVElCcBxAtV权权权权GPS辅助光束法法方程与常规光束法比较法方程边宽加大了,但其良好稀疏带状结构并没有破坏ggggssxggxxcxggggggglPDlPRlPlClPAlAlPlBdrctxDPDRPDAPDDPRRPRAPRPCCACBCDPARPACAAPAAABACBABPBBTTTTTTTTgTTTgTTTTTTTgTTTTTcT++++GPS辅助光束法区域网平差法方程系数阵ABCDEFGHIJKLMNOcrd加密点坐标未知数像片外方位元素未知数附加参数135791113151719转置对项称×1234567891011121314151617181920ABCDEFGHIJKLMNO1，2，…，20待定点名A，B，…，O像片名平高地面控制点×××××××××××××××建议采用的地面控制方案a.4角平高控制点+b.4角平高控制点+2排高程控制点2条垂直构架航线平高地面控制点高程地面控制点中国GPS空三试验区分布图承德(1998)面积:81000km2黑龙江(1996~1998)面积:17600km2北京(1996~1998)面积:205km2天津(1995)面积:1100km2太原(1994)面积:10km2中越边界(1996~1998)面积:10700km2海南岛(1996~1998)面积:30000km2总面积：364000km2加密区：150000km2新疆(2002~2004)面积:142000km2酒泉(2004)面积:32000km2秦岭(2004)面积:24000km2敦煌(2004)面积:25000km2太原试验(1994年航空摄影,航摄比例尺1:5000,丘陵地)太原试验结果(1994年航空摄影,航摄比例尺1:5000,丘陵地)1024胶片，RC-30(152mm)，区域为3×8，Trimble4000，2s数据更新率全为标志点(常规光束法平差须布设个12平高点和个2高程点)对于1:1000航测成图，检查点不符值：平面0.5m，高程0.40m对于1:500航测成图，检查点不符值：平面0.5m，高程0.35mo检查点数理论精度(cm)实际精度(cm)平差方案m平面高程平面高程平面高程密周边布点光束法区域网平差10.394915.422.55.216.0四角布点GPS辅助光束法平差10.4103956.523.37.918.1无地面控制GPS辅助光束法平差9.71039511.324.023.235.2太原试验(1994年航空摄影,航摄比例尺1:5000,丘陵地形)太原试验(1994年航空摄影,航摄比例尺1:5000,丘陵地形)GPS辅助空三结果分析1.带地面控制的GPS辅助光束法区域网平差理论精度非常好：平面1.2o~2.8o，高程2.0o~4.4o，达到自检校光束法区域网平差精度2.实际精度：平面1.6o~4.3o，高程1.3o~3.1o，高程方面与理论精度完全符合，平面位置由于内业判点误差等导致与理论精度有一定差距。但平差结果完全满足测图控制对加密成果的精度要求3.无地面控制GPS辅助光束法区域网平差具有较大的系统误差，实际精度与理论精度相差较远。但成果仍能满足了1:25000地形图航测成图精度要求三、POS辅助空中三角测量•空间前方交会解算地面点坐标（直接传感器定向）•POS辅助空中三角测量（集成传感器定向）•POS系统测定像片外方位元素Xs,Ys,Zs,,,航摄相机导航控制系统IMU高精度姿态测量系统IMU与相机连接架机载DGPS天线地面DGPS基站接收机POS系统目前国际商用系统：1、加拿大POS系统2、德国AerocontrolIId系统POS系统直接测量摄影时刻像片位置与姿态精度6301.081005.010~5mmmcmmmmsssZYXPOS航空摄影系统的空间偏移空间前方交会112211112/)(+111ZNBYNYNXNZYXZYXYsss•单模型点投影系数法•多片最小二乘平差法00232221131211yyxxZYXaaaaaavvyx12211121221221121212ZXZXXBZBNZXZXXBZBNZZBYYBXXBZXZXssZssYssXPOS辅助空中三角测量IIMU旋转中心航摄仪投影中心SMZYXuvwxyxIyIzIBIMURRRbbbttaaaaaacb)(++)arctg(-)arcsin(-)arctg(-012333布设检校场检校场的布设飞机进场时飞S弯北京测区试验(2003年摄影，比例尺1:8000，平地)北京测区试验(2003年摄影，比例尺1:8000，平地)系统误差改正前系统误差改正后比较方案前方交会GPS辅助光束法区域网平差前方交会GPS辅助光束法区域网平差检查点数341864341864X-5.705-5.5200.6660.580Y-116.355-116.4600.734-0.610平面116.456116.5650.7990.628最大残差(m)高程11.60111.4221.0710.856X-4.394-4.5600.0120.000Y-115.241-115.490-0.1010.000平面115.374115.6120.1350.029最小残差(m)高程10.12510.1440.0050.000X-5.128-5.0600.0000.070Y-115.907-115.9500.000-0.040平面115.374116.0620.0000.084平均残差(m)高程10.53010.7350.0000.205X5.1405.0700.2640.280Y115.908115.9600.3610.180平面116.021116.0690.4480.335实际精度(m)高程10.53510.7350.3220.281注：“系统误差改正”指将前方交会获得的每一个地面点三维坐标分别减去其平均残差1:2000航测成图检查点不符值:平面1.0m高程0.4mPOS系统所确定加密点坐标的精度地面控制点无四角单位权中误差（um）2.42.2检查点数3430平面118.0900.630最大残差（m）高程-13.0110.830平面113.2950.055最小残差（m）高程-5.0540.008平面115.2200.255中误差（m）高程8.1230.392GPS辅助光束法平差的精度试验区位于河南省安阳市，距北京约500公里14×22km2平地、丘陵1:50001:200005×2.5km2测区范围平地地貌情况1:1000成图比例尺1:4000航摄比例尺安阳市安阳测区试验(2002年摄影，比例尺1:4000~1:20000，平地~丘陵地)1：20000测区检校场1：4000测区安阳测区航线略图安阳测区试验(2003年摄影，比例尺1:4000，平地)平差方案经典光束法前方交会POS辅助光束法区域网平差带四角控制POS辅助光束法区域网平差检查点数33/171164743平面0.3360.5200.3240.309最大残差(m)高程0.1270.4280.2410.223X0.1180.1090.107Y0.0950.0860.086平面0.1510.2040.1390.137实际精度(m)高程0.0690.1390.1050.1061:1000航测成图，检查点不符值:平面0.50m高程0.25mPOS系统所确定加密点坐标的精度安阳测区试验(2003年摄影，比例尺1:20000，丘陵地)平差方案经典光束法前方交