GPSPOS輔助空中三角測量第1頁/共74頁3§6-8GPS輔助空中三角測量1、GPS輔助空中三角測量概述2、航攝儀攝站坐標的測定3、GPS輔助航攝儀內(nèi)方位元素的測定4、GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差5、總結(jié)山東科技大學測繪科學與工程學院第2頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第2頁/共74頁4一、GPS輔助空中三角測量概述

在攝影測量中，GPS主要用于測定空中三角測量所需的地面控制點。實質(zhì)是用GPS衛(wèi)星定位網(wǎng)靜態(tài)測量來取代常規(guī)儀器大地測量以獲取區(qū)域網(wǎng)平差所需的地面控制點。

優(yōu)點：較常規(guī)大地測量速度快、成本低、無須考慮通視條件。

不足：不可能為區(qū)域網(wǎng)建立實時地面控制，對通行困難等地區(qū)，勞動強度大；對國界、沼澤等作業(yè)人員無法到達地區(qū)顯得無能為力。

它適用于測定少量地面控制點以作為區(qū)域網(wǎng)平差所需控制信息的一種補充手段。它仍屬于GPS在大地測量中的應用范疇，是像片野外控制聯(lián)測的新方法。山東科技大學測繪科學與工程學院第3頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第3頁/共74頁5一、GPS輔助空中三角測量概述GPS輔助空中三角測量

利用安裝于飛機上與航攝儀相連接的和設(shè)在地面上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(xù)地觀測GPS衛(wèi)星信號，同時獲取航空攝影瞬間航攝儀快門開啟脈沖，通過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刻攝站的三維坐標，然后將其視為附加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)學模型和算法以整體確定物方點位和影像方位元素并對其質(zhì)量進行評定的理論、技術(shù)和方法。目的——極大地減少甚至完全免除常規(guī)空中三角測量所必需的地面控制點，以節(jié)省野外控制測量工作量、縮短航測成圖周期、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。山東科技大學測繪科學與工程學院第4頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第4頁/共74頁6一、GPS輔助空中三角測量概述

GPS航空攝影衛(wèi)星2衛(wèi)星3衛(wèi)星4

衛(wèi)星1地面基準站

山東科技大學測繪科學與工程學院第5頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第5頁/共74頁7一、GPS輔助空中三角測量概述

從1984年Ackermann教授首次報道利用計算機控制導航系統(tǒng)CPNS數(shù)據(jù)進行聯(lián)合平差的模擬試驗結(jié)果起，Schwarz[1984]，Lucas[1987]，Ackermann[1986]，F(xiàn)riess[1986],李德仁[1989]，袁修孝[1994]報道了利用GPS數(shù)據(jù)進行區(qū)域網(wǎng)平差的理論研究和模擬試驗結(jié)果，對GPS輔助空中三角測量有了新的認識。后來進行了實際試驗和生產(chǎn)。 目前，國際上一些知名的空中三角測量平差軟件，如PAT-A，PAT-B，BLUH，BINGO等，甚至連數(shù)字攝影測量工作站上的區(qū)域網(wǎng)平差軟件，都具有進行GPS輔助空中三角測量的功能。山東科技大學測繪科學與工程學院第6頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第6頁/共74頁8一、GPS輔助空中三角測量概述主要結(jié)論1、采用基于載波相位差分動態(tài)GPS定位技術(shù)可以厘米級精度確定機載GPS接收天線相位中心的三維坐標，但坐標值包含有隨時間變化的線性漂移系統(tǒng)誤差。2、由GPS所確定的三維攝站坐標可有效地用于攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差。由它們和少量地面控制點出發(fā)求出的加密點坐標精度要優(yōu)于GPS攝站坐標自身的精度。3、攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差中像片外方位線元素（即攝站坐標）的利用要比角元素更有效。附加的姿態(tài)測量數(shù)據(jù)在其精度很高時可用來改善加密點高程的精度，當其精度不高時對平差結(jié)果沒有多大幫助。山東科技大學測繪科學與工程學院第7頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第7頁/共74頁9一、GPS輔助空中三角測量概述主要結(jié)論4、原則上講，只要一個區(qū)域中所有記錄的GPS信號連續(xù)而沒有發(fā)生失鎖、周跳等信號間斷的情況，攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差時，可用GPS攝站坐標完全取代地面控制點進行無地面控制的空中三角測量，但前提條件是，區(qū)域網(wǎng)平差必須在WGS84系中進行。5、為獲得國家統(tǒng)一坐標系或局部坐標系中的加密成果，需要有一定數(shù)量的GCP，最好在區(qū)域的四角布設(shè)4個平高點；如果需要逐條航線地改正GPS攝站坐標的系統(tǒng)漂移誤差，則區(qū)域的兩端還應布設(shè)兩排高程地面控制點或加攝兩條帶GPS攝站坐標的垂直構(gòu)架航線。6、GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差有較好的可靠性。山東科技大學測繪科學與工程學院第8頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第8頁/共74頁10一、GPS輔助空中三角測量概述7、利用模糊度在航解算方法來處理GPS信號的周跳和失鎖已獲得成功，對于距離遠達50km、高差大于2400m的差分GPS測量亦能夠迅速、有效地解出正確的整周相位模糊度，在固定整周相位模糊度后可提供內(nèi)精度優(yōu)于１dm的差分GPS定位結(jié)果。８、利用GPS數(shù)據(jù)進行區(qū)域網(wǎng)平差有明顯的經(jīng)濟效益，即使精度較差的GPS數(shù)據(jù)也可使帶有地面控制的GPS輔助光束法平差達到只有利用相當稠密的地面控制點所進行的常規(guī)自檢校光束法區(qū)域網(wǎng)平差才能達到的精度；無地面控制的GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差亦可滿足高山區(qū)中小比例尺測或是地圖更新、資源調(diào)查等所需控制的精度。山東科技大學測繪科學與工程學院第9頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第9頁/共74頁11一、GPS輔助空中三角測量概述表1-1攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差對GPS攝站坐標精度的要求

測圖比例尺

攝影比例尺

對空三加密精度要求／m

xyz等高距m

(1)xyz對GPS攝站坐標精度要求／m

(2)(3)(4) xyzxyzxyz1:100000 1:500001:100000 1:650005.02.54.0202.0103916186.9

219.2

114.5

197.58.5276.22.8112.41:250001:400001.51.05112.85.41.84.40.76.80.91:10000 1:50001:250001:120000.60.3

0.62.50.251.03.61.61.90.31.31.01.00.20.60.30.41.70.5 0.90.05

注：本表假設(shè)0=10m,0z=12m(1)4個平高地面控制點加兩排高程地面控制點，無漂移誤差改正參數(shù)。(2)4個平高地面控制點加兩排高程地面控制點，全區(qū)使用一組漂移誤差改正參數(shù)。(3)4個平高地面控制點加兩排高程地面控制點，每條航線使用一組漂移誤差改正參數(shù)。(4)4個平高地面控制點加兩條垂直構(gòu)架航線，每條航線使用一組漂移誤差改正參數(shù)。

山東科技大學測繪科學與工程學院第10頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第10頁/共74頁12一、GPS輔助空中三角測量概述作業(yè)過程現(xiàn)行航空攝影系統(tǒng)改造及偏心測定;帶GPS信號接收機的航空攝影;解求GPS攝站坐標;GPS攝站坐標與攝影測量數(shù)據(jù)聯(lián)合平差，以確定目標點位并評定其質(zhì)量。山東科技大學測繪科學與工程學院第11頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第11頁/共74頁13一、GPS輔助空中三角測量概述GPS輔助空中三角測量的作業(yè)過程大體需經(jīng)過如下三個階段：

首先，在航空攝影過程中，以0.5—1.0s的數(shù)據(jù)更新率，用至少兩臺分別設(shè)在地面基準站和飛機上的GPS信號接收機同步而連續(xù)地記錄GPS衛(wèi)星信號，并將航攝儀快門開啟脈沖寫入機載GPS數(shù)據(jù)流中。其次，對GPS載波相位測量進行測后數(shù)據(jù)處理，解求航攝儀曝光時刻機載GPS天線相位中心的三維坐標XA,YA,ZA—GPS攝站坐標及其方差—協(xié)方差矩陣。

最后，將GPS攝站坐標作為帶權(quán)觀測值引入解析空中三角測量的數(shù)學模型中與攝影測量觀測值進行聯(lián)合平差，以確定地面目標點的位置和像片的方位元素并評定其質(zhì)量。山東科技大學測繪科學與工程學院第12頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第12頁/共74頁14一、GPS輔助空中三角測量概述上述三個階段涉及的理論和關(guān)鍵技術(shù)須對現(xiàn)行航空攝影系統(tǒng)進行改造。將基于相位差分的GPS動態(tài)定位方法所獲取的GPS攝站坐標歸化成像片的外方位線元素——投影中心坐標。在GPS輔助空中三角測量中將航攝儀的內(nèi)方位元素也當作平差參數(shù)（未知數(shù)）解求。利用動態(tài)GPS定位技術(shù)獲取GPS攝站坐標，一是要求初始化，二是要求GPS信號連續(xù)。正在尋求用無初始化的GPS動態(tài)定位方法進行GPS輔助空中三角測量、按常規(guī)方式進行航空攝影的作業(yè)模式。山東科技大學測繪科學與工程學院第13頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第13頁/共74頁15一、GPS輔助空中三角測量概述GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差時，需要在測區(qū)的四角布設(shè)４個平高地面控制點，在區(qū)域兩端布設(shè)兩條垂直構(gòu)架航線或者是在區(qū)域兩端垂直于航線方向布設(shè)兩排地面高程控制點，并對此給出合理解釋。研究影響GPS輔助空中三角測量定位質(zhì)量的因素。研究GPS導航數(shù)據(jù)對單航線的加密是否具有與區(qū)域網(wǎng)類似的作用。利用GPS定位數(shù)據(jù)來減少或取代地面控制點進行空中三角測量，提高數(shù)字攝影測量工作站的效率和自動化程度。山東科技大學測繪科學與工程學院第14頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第14頁/共74頁16二、航攝儀攝站坐標的測定1、帶GPS信號接收機的航空攝影系統(tǒng)（1）航攝儀的選擇（2）機載GPS天線相位中心偏心分量的測定山東科技大學測繪科學與工程學院第15頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第15頁/共74頁17RC30航空相機——組成及附件1.機載GPS天線2.帶有PAV30的RC30相機3.帶有GPS的ASCOT系統(tǒng)4.GPS參考站5.數(shù)據(jù)處理軟件山東科技大學測繪科學與工程學院第16頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第16頁/共74頁618ADS40多波段機載數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

GPS衛(wèi)星

1SH40傳感器: -DO64數(shù)字成像系統(tǒng)

-IMU4135

2 ADS40系統(tǒng)

2CU40控制單元: -位置/姿態(tài)POS計算機

3MM40存貯器

4OI40操作界面

5PI40導航界面

6PAV30平臺GPS地面參考站

山東科技大學測繪科學與工程學院第17頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第17頁/共74頁19二、航攝儀攝站坐標的測定2、動態(tài)GPS定位測定航攝儀攝站空間位置

差分動態(tài)GPS定位是利用安設(shè)在一個運動載體和一個或多個地面基準站上的GPS信號接收機來聯(lián)合測定該運動載體的三維位置，從而精確給出其運動軌跡的GPS測量方法。 按定位實時性要求，差分動態(tài)GPS定位可分為：實時差分動態(tài)定位后處理差分動態(tài)定位按使用數(shù)據(jù)類型和方法的不同，分為：位置差分偽距差分偽距相位綜合差分載波相位差分

在已知整周相位模糊度的情況下，利用載波相位可以獲得厘米級精度的差分動態(tài)定位結(jié)果，它非常適用于無需實時定位而要求高精度位置的GPS輔助空中三角測量。山東科技大學測繪科學與工程學院第18頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第18頁/共74頁20

二、航攝儀攝站坐標的測定

GPS攝站坐標解求狀態(tài)方程XkΦk,k1Xk1Bkb+Γk1Wk1觀測方程YkHkXkDkd+Vk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(nèi) 插航攝儀曝光時刻GPS攝站坐標

山東科技大學測繪科學與工程學院第19頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第19頁/共74頁21二、航攝儀攝站坐標的測定2、動態(tài)GPS定位測定航攝儀攝站空間位置

為了獲得在國家統(tǒng)一坐標系或用戶選定的局部坐標系中的三維GPS攝站坐標，還需利用少量的地面控制點按GPS基線向量網(wǎng)約束平差法將WGS84系坐標轉(zhuǎn)換到規(guī)定的坐標系中。GPS動態(tài)定位所提供的高程是以橢球面為基準的大地高，而國家坐標系是以大地水準面為基準的正常高，高程基準的轉(zhuǎn)換最好能通過測區(qū)內(nèi)若干已知正常高的控制點擬合建立高程異常模型進行。

基于載波相位動態(tài)GPS定位的關(guān)鍵在于正確解求整周相位模糊度。一種比較穩(wěn)妥的辦法是在飛機起飛之前通過一段時間的初始化來求得其正確值。根據(jù)附加模糊度參數(shù)Kalman濾波的在航解算（OTF）方法來處理GPS信號周跳。山東科技大學測繪科學與工程學院第20頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第20頁/共74頁zY22二、航攝儀攝站坐標的測定

3、GPS天線相位中心與投影中心的幾何關(guān)系

GPS定位是指確定安裝在機身頂部的GPS天線相位中心的位置。這一位置數(shù)據(jù)可滿足導航需要，但攝影測量中，所要提供的是攝影機投影中心的位置。實際作業(yè)中，考慮到各種因素，天線的相位中心不可能完全與攝影中心相重合，機載GPS天線相位中心

A Z M

yx

航攝儀投影中心Sy xX它們之間總存在著一個空間偏移。GPS天線相位中心與投影中心的幾何關(guān)系

山東科技大學測繪科學與工程學院第21頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第21頁/共74頁23GPS航空攝影系統(tǒng)的空間偏移GPS天線Z

wX

v uY

山東科技大學測繪科學與工程學院第22頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第22頁/共74頁As24

二、航攝儀攝站坐標的測定

3、GPS天線相位中心與投影中心的幾何關(guān)系

設(shè)A點在像空間坐標系S-xyz中的坐標為(u,v,w)，即偏移量。A點在以M為原點的大地坐標為XA,YA,ZA，攝影中心S在同一坐標系中的坐標為XS,YS,ZS，利用像片的姿態(tài)角，ω，κ可得到下列變換關(guān)系式：XAXsuYYRvZAZswRRRwRk該式為一非線性方程，其中XA,YA,ZA為實際觀測量，，ω，κ，u，v，w，XS,YS,ZS為未知數(shù)，若已知其近似值，上式的線性化為：

山東科技大學測繪科學與工程學院第23頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第23頁/共74頁YSAA25

二、航攝儀攝站坐標的測定

3、GPS天線相位中心與投影中心的幾何關(guān)系

vXdXSdduXAXA vdYAdRdvYY vZdZSddwZAZA式中：

d,d,d,dXS,dYS,dZS為像片外方位元素的未知數(shù)增量；du,dv,dw為天線——相機偏移分量未知數(shù)增量；A為未知數(shù)d,d,d的系數(shù)矩陣；R為未知數(shù)du,dv,dw的系數(shù)矩陣，實為旋轉(zhuǎn)矩陣；

XA,YA,ZA,為由GPS測定的天線相位中心坐標；

XA,YA,ZA為由未知數(shù)近似值按式計算的天線相位中心坐標；

山東科技大學測繪科學與工程學院第24頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第24頁/共74頁Y0AAs26二、航攝儀攝站坐標的測定

XZ ZX

XYsin

YXsinZcos ZYsinwvsin0usinwcosuvcosc3vb3wd

c3ua3wdb3ua3vdX0c3b3X

Yc30a3YZb3a30Z

XAXsu YYRv ZAZsw山東科技大學測繪科學與工程學院第25頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第25頁/共74頁27二、航攝儀攝站坐標的測定3、GPS天線相位中心與投影中心的幾何關(guān)系漂移誤差補償

在高動態(tài)航空攝影作業(yè)條件下，飛機起飛和拐彎時，有可能致使GPS信號落于接收機天線的方向截止角內(nèi)，從而引起接收機跟蹤環(huán)路失鎖，導致周跳的發(fā)生；此外，由于機身或機翼的遮擋，使衛(wèi)星信號記錄中斷。一旦信號失鎖，接收機跟蹤環(huán)路重新鎖定時，或者長時間觀測過程中衛(wèi)星星座發(fā)生改變時，均需要重新確定初始相位模糊度。目前，一些高級的動態(tài)GPS定位軟件，對短期(小于5秒)的信號失鎖并持續(xù)觀測到至少4顆以上衛(wèi)星的部分衛(wèi)星信號中斷可重新修復初始相位模糊度，但在長達10秒鐘以上的信號失鎖和僅連續(xù)觀測到3顆或更少衛(wèi)星的情況下，只好采用偽距法來近似恢復初始相位模糊度。山東科技大學測繪科學與工程學院第26頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第26頁/共74頁AsY0Y28.二、航攝儀攝站坐標的測定

3、GPS天線相位中心與投影中心的幾何關(guān)系

在攝影過程中，信號失鎖是不可避免的，因而在動態(tài)定位過程中，需要隨時確定初始相位模糊度，理想的方法是在平差中補償攝站坐標系統(tǒng)漂移誤差。具體做法是將下列觀測值方程引入聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差中，一并解求漂移誤差改正參數(shù)。XAXsuaXbXYYRva(tt)bZAZswaZbZ式中，t0為參考時刻；aX,ay,aZ,bX,by,bZ為GPS攝站坐標漂移系統(tǒng)誤差改正參數(shù)山東科技大學測繪科學與工程學院第27頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第27頁/共74頁YSYYAA29二、航攝儀攝站坐標的測定4、GPS攝站坐標觀測方程攝影測量平差中解求的未知數(shù)不外乎是航攝像片的9個方位元素f，x0，y0，，，，Xs,Ys,Zs和目標點的地面三維坐標X,Y,Z，將GPS攝站坐標引入后會增加偏心分量u,v,w和線性漂移誤差改正參數(shù)aX,aY,aZ,bX,bY,bZ等未知數(shù)。GPS攝站坐標誤差方程形式為vXdXSdduaXbXXAXAvdYAdRdvab(tt0)YYvZdZSddwaZbZZAZA山東科技大學測繪科學與工程學院第28頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第28頁/共74頁Yd010dXSdYa0AAbXtt0Y30二、航攝儀攝站坐標的測定

4、GPS攝站坐標觀測方程vXvAvZ

d100du dRdv001dw

S dZS100tt001000010

0tt0

0

aX0YXAXA aZYY bZAZA bZ

山東科技大學測繪科學與工程學院第29頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第29頁/共74頁TTT31二、航攝儀攝站坐標的測定

4、GPS攝站坐標觀測方程

上式寫成矩陣形式為

VGAtRrDdLG

它是GPS攝站坐標的觀測方程，是GPS輔助空中三角 測量新增的基本方程式，式中

vXA

VGvYA為GPS攝站觀測坐標值的改正數(shù)向量； vZAtddddXsdYsdZs為像片外方位元素未知數(shù)的增量向量；rdudvdw為偏心分量未知數(shù)的增量向量；daXaYaZbXbYbZ為線性漂移誤差改正數(shù)向量；山東科技大學測繪科學與工程學院第30頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第30頁/共74頁,tt00032二、航攝儀攝站坐標的測定

4、GPS攝站坐標觀測方程

WVsinAAE0UsinWcos

UVcos

c3Vb3Wa3Wc3U

b3Ua3V100010001為對應于t的系數(shù)矩陣。

R為對應于r的系數(shù)矩陣是由像片姿態(tài)角所構(gòu)成的正交變換矩陣。

100tt0D0100

0010

0

0為對應于d的系數(shù)矩陣。tt0

0

XAXALGYAYA為GPS攝站坐標觀測值的常數(shù)項向量。

ZAZA

山東科技大學測繪科學與工程學院第31頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第31頁/共74頁33三、GPS輔助航攝儀內(nèi)方位元素的測定1、問題的提出

在近似垂直攝影條件下，由于f，x0，y0和，，，Xs,Ys,Zs之間存在著相互抵償?shù)年P(guān)系，根據(jù)最小二乘原理所構(gòu)成的法方程未知數(shù)強相關(guān)，從而導致法方程處于不良狀態(tài)，引起未知數(shù)解的不穩(wěn)定。為避免這種情況發(fā)生，攝影區(qū)域中的地面控制點間必須要有足夠大的高差。在傳統(tǒng)的航空攝影測量作業(yè)中，總是將航攝儀的內(nèi)方位元素f,x0,y0和像片的外方位元素，，，Xs,Ys,Zs分開來求解。f,x0,y0一般由航攝儀生產(chǎn)廠家或由航攝儀鑒定單位定期在實驗室采用物理方法檢定。GPS引用到攝影測量領(lǐng)域后，已知外方位元素中三個線元素Xs,Ys,Zs的近似值，可極大地克服內(nèi)、外方位元素間的強相關(guān)。山東科技大學測繪科學與工程學院第32頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第32頁/共74頁TTTTT34三、GPS輔助航攝儀內(nèi)方位元素的測定2、GPS輔助航攝儀內(nèi)方位元素測定的基本原理誤差方程：共線方程式VXAtBxIiLX權(quán)PX(a)GPS方程式VC

VIExxEIiLCLI權(quán)PC(b)

權(quán)PI(c)虛擬方程式VGAtRrDdLG權(quán)PG(d)

tdxdXidx0d

dY

dy0ddXsdYsdZs為像片外方位元素未知數(shù)的增量向量；

dZ為物方點坐標未知數(shù)增量向量；

df為像片內(nèi)方位元素未知數(shù)增量向量；rdudvdw為偏心分量未知數(shù)增量向量；daXaYaZbXbYbZ為線性漂移誤差改正數(shù)向量；山東科技大學測繪科學與工程學院第33頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第33頁/共74頁ABIi01(yy0)/f35三、GPS輔助航攝儀內(nèi)方位元素的測定

2、GPS輔助航攝儀內(nèi)方位元素測定的基本原理a11a12a13a14a15b11b12b13b14b15a14a15a16a24a25a26a16b16為未知數(shù)t和x的系數(shù)矩陣；

10(xx0)/f 為誤差方程中相應于未知數(shù)的系數(shù)矩陣；A,R,D為相應于t,r,d未知數(shù)的系數(shù)矩陣.

山東科技大學測繪科學與工程學院第34頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第34頁/共74頁36三、GPS輔助航攝儀內(nèi)方位元素的測定2、GPS輔助航攝儀內(nèi)方位元素測定的基本原理

當一張像片上可量測到5個分布合理的地面控制點，且事先已用地面測量手段精確測得了偏心分量時，不妨令x=r=0,則由（a）、（c）、（d）三式就構(gòu)成了GPS輔助單片空間后方交會的誤差方程。當量測的點數(shù)多于5個時，則可對此基礎(chǔ)方程按最小二乘平差原理建立法方程，一并解求航攝儀的內(nèi)方位元素f,x0,y0和像片的外方位元素，，，Xs,Ys,Zs。山東科技大學測繪科學與工程學院第35頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第35頁/共74頁37三、GPS輔助航攝儀內(nèi)方位元素的測定3、WildRC-20航攝儀內(nèi)方位元素的測定方案一：單片空間后方交會解法，僅解求像片的6個外方位元素，，，Xs,Ys,Zs，內(nèi)方位元素f,x0,y0為Wild廠隨機提供的１９９０年實驗室檢定值。方案二：在無GPS攝站坐標的情況下，利用地面控制點進行單片空間后方交會計算，一并解求6個外方位元素和3個內(nèi)方位元素。方案三：GPS輔助單片空間后方交會解法，平差計算中同時解求6個外方位元素和3個內(nèi)方位元素。方案四：在區(qū)域四角布設(shè)4個平高地面控制點的GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差中，在解求待定點坐標未知數(shù)的同時，一并解求6個外方位元素和3個內(nèi)方位元素。方案五：在無任何地面控制點的情況下，利用GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差來同時解求6個外方位元素和3個內(nèi)方位元素。山東科技大學測繪科學與工程學院第36頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第36頁/共74頁38三、GPS輔助航攝儀內(nèi)方位元素的測定

3、WildRC-20航攝儀內(nèi)方位元素的測定

在方案一、二、三的單片空間后方交會計算方案中， 利用了像片上所有的點（每片11-39個不等）參與最小二 乘平差求解航攝儀內(nèi)方位元素f,x0,y0的最佳估值。這些 點的地面坐標均取自于利用149個地面標志點作定向點 進行自檢校光束法區(qū)域網(wǎng)平差所得到的加密結(jié)果，其三 維坐標的理論精度為mX4.5cmmY6.4cmmZ5.9cm山東科技大學測繪科學與工程學院第37頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第37頁/共74頁方案一二三四393、WildRC-20航攝儀內(nèi)方位元素的測定

五種方案下，32張像片內(nèi)方位元素的檢定結(jié)果總列于下表：

參數(shù)0m平均值9.0

方位元素解算精度()()()XSmYSmZSmx0m0.400.490.080.220.180.05y0m

內(nèi)方位元素檢定值fmx0mmy0mmfmm

-0.00300.017303.8600最大值12.2最小值6.1平均值8.1最大值11.60.821.190.170.530.380.120.260.260.050.120.120.02 0.650.940.112.943.4119.26598.85676.943841.02-0.5861-0.5996301.79421.492.330.2313.9816.3583.022785.903251.1516509.840.27280.5334307.4468最小值5.10.280.280.050.300.302.0167.6780.70424.80-2.8819-9.5883282.7140平均值9.20.410.480.090.220.190.109.199.198.83-0.00460.0167303.8911最大值12.20.770.990.170.440.360.1412.2112.2211.74-0.00280.0196303.9552最小值6.20.260.250.050.120.120.076.136.135.91-0.00640.0140303.8049

平均值10.3五平均值10.10.540.670.170.260.310.12 0.520.650.880.300.360.1210.25 10.0710.25 10.0710.20-0.00900.0195303.8667 10.07-0.00330.0143303.8582注：像片方位元素的解算精度為理論精度，即mi0(QXX)ii(i,,,XS,YS,ZS,x0,y0,f)

山東科技大學測繪科學與工程學院第38頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第38頁/共74頁40三、GPS輔助航攝儀內(nèi)方位元素的測定3、WildRC-20航攝儀內(nèi)方位元素的測定上表中，方案二的計算結(jié)果表明，內(nèi)、外方位元素的測定精度最低；上表中，方案三的計算結(jié)果表明，內(nèi)、外方位元素的解求精度最高；在利用GPS輔助光束區(qū)域網(wǎng)平差一并解求內(nèi)、外方位元素的方案四和五中，同樣獲得了極高精度的內(nèi)方位元素檢定值。山東科技大學測繪科學與工程學院第39頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第39頁/共74頁TdTTTT41四、GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差

1、GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差原理

誤差方程式VXAtBxCcLX權(quán)PX(a)VC

VsExxECcLCLS權(quán)PC(b)

權(quán)PS(c)

VGAttdd

RrDdLG權(quán)PG(d)dXsdYsdZs為像片外方位元素未知數(shù)的增量向量；xdXdYdZ為物方點坐標未知數(shù)增量向量；ca1a2a3為自檢校參數(shù)向量；rdudvdw為偏心分量未知數(shù)增量向量；daXaYaZbXbYbZ為線性漂移誤差改正數(shù)向量；山東科技大學測繪科學與工程學院第40頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第40頁/共74頁42

四、GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差

1、GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差原理法方程的矩陣形式為：BTBPC

ATBCTB

BTAATAATPGA CTA RTPGA DTPGA

BTC ATCCTCPS

xBTLXPCLCATPGRATPGDtATLXATPGLG cCTLXPSLS

TTTRPGRRPGDrRPGLGDTPGRDTPGDdDTPGLG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

山東科技大學測繪科學與工程學院第41頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第41頁/共74頁C對43GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差法方程系數(shù)陣

117

加密點坐標未知數(shù)357911131915

AN

BO

像片外方位元素未知數(shù)DEFGHIJKLM

附加參數(shù)crd1A

5×

D

9×

G

13×

JM17×2×

6×

10×

14

×18BEHKN×

3

C

4×

7

F×

8×

11

I×

12×

15

L×

16

×19

O

20轉(zhuǎn)置1，2，…，20待定點名

A，B，…，O像片名平高地面控制點

稱 項山東科技大學測繪科學與工程學院第42頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第42頁/共74頁a.b.44建議采用的地面控制方案4角平高控制點+ 2排高程控制點 平高地面控制點

4角平高控制點+ 2條垂直構(gòu)架航線 高程地面控制點山東科技大學測繪科學與工程學院第43頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第43頁/共74頁45中國GPS空三試驗區(qū)分布圖新疆(2002~2004)承德(1998)

面積:142000km2面積:81000km2

酒泉(2004)

面積:32000km2

敦煌(2004)

面積:25000km2

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

秦嶺(2004)

面積:24000km2

中越邊界(1996~1998)

面積:10700km2

海南島(1996~1998)

面積:30000km2

總面積：364000km2

加密區(qū)：150000km2山東科技大學測繪科學與工程學院第44頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第44頁/共74頁46太原試驗(1994年航空攝影,航攝比例尺1:5000,丘陵地)山東科技大學測繪科學與工程學院第45頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第45頁/共74頁47

太原試驗結(jié)果

(1994年航空攝影,航攝比例尺1:5000,丘陵地)1024膠片，RC-30(152mm)，區(qū)域為3×8，Trimble4000，2s數(shù)據(jù)更新率全為標志點(常規(guī)光束法平差須布設(shè)個12平高點和個2高程點)平差方案o檢查點數(shù)理論精度

(cm)實際精度

(cm)m平面高程平面高程平面高程

密周邊布點 光束法區(qū)域網(wǎng)平差 四角布點GPS輔助光束法平差 無地面控制GPS輔助光束法平差10.310.4 9.7

94103103919595

5.4 6.511.322.523.324.0

5.2 7.923.216.018.135.2對于1:1000航測成圖，檢查點不符值：平面<0.5m，高程<0.40m對于1:500航測成圖，檢查點不符值：平面<0.5m，高程<0.35m

山東科技大學測繪科學與工程學院第46頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第46頁/共74頁48太原試驗(1994年航空攝影,航攝比例尺1:5000,丘陵地形)山東科技大學測繪科學與工程學院第47頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第47頁/共74頁49太原試驗(1994年航空攝影,航攝比例尺1:5000,丘陵地形)山東科技大學測繪科學與工程學院第48頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第48頁/共74頁50i四、GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差

2、試驗結(jié)果與分析

太原試驗

太原試驗區(qū)光束法區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)果檢查點數(shù)（個）理論精度實際精度

平差方案 密周邊布點光束法區(qū)域網(wǎng)平差0m10.3平面

94高程

91平面/ cm5.4高程/ cm 22.5平面/

0

1.0高程/

0

4.4平面/ cm 5.2高程/ cm 16.0平面/

0

1.0高程/

0

3.1四角布點GPS輔助光束法平差10.4103956.523.31.34.57.918.11.53.5無地面控制GPS輔助光束法平差9.71039511.324.02.34.923.235.24.87.2注：1。密周邊布點是指在區(qū)域的四周平均約兩條基線布設(shè)一個平高地面控制點、在區(qū)域的中央大約每隔4條基線布設(shè)一個高程地面控制點（以下同）。

2。0反映像片坐標量測精度，為光束法區(qū)域網(wǎng)平差的單位權(quán)中誤差；理論精度系由未知數(shù)協(xié)方差矩陣求出的平均中誤差，即mi0tr(QXX)iin;實際精度是由檢查點坐標不符值求出的平均中誤差，即i2n(以下同).

山東科技大學測繪科學與工程學院第49頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第49頁/共74頁51四、GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差

2、試驗結(jié)果與分析

天津生產(chǎn)性試驗 天津測區(qū)光束法區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)果平差方案0m檢查點最大 殘差/m平面高程平面/ m理論精度高程/平面/m0高程/

0平面/ m

實際精度高程/平面/ m0高程/

0

密周邊布點光束法區(qū)域網(wǎng)平差17.74.5042.4610.9611.7951.52.72.4511.1073.71.7四角布點GPS輔助光束法平差16.44.6412.6061.0671.3641.72.22.4641.2064.11.9無地面控制GPS輔助光束法平差17.45.8018.6415.2753.8568.26.03.5095.6444.88.8山東科技大學測繪科學與工程學院第50頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第50頁/共74頁52四、GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差

二、試驗結(jié)果與分析

天津生產(chǎn)性試驗

構(gòu)架航線對區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)果的改善

平高控制點（a）四角平高控制點+兩排 垂直高程控制點

高程控制點（a）四角平高控制點+兩條 垂直構(gòu)架航線圖用于改正GPS攝站坐標系統(tǒng)漂移誤差的地面控制布設(shè)方案

山東科技大學測繪科學與工程學院第51頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第51頁/共74頁53四、GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差

二、試驗結(jié)果與分析

天津生產(chǎn)性試驗

構(gòu)架航線對區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)果的改善

天津測區(qū)帶構(gòu)架航線的光束法區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)果平差方案0m檢查點最大 殘差/m平面高程平面/ m理論精度高程/平面/m0高程/

0平面/ m

實際精度高程/平面/ m0高程/

0

密周邊布點光束法區(qū)域網(wǎng)平差19.54.4172.9420.9891.6991.62.42.3721.1233.31.6四角布點GPS輔助光束法平差17.64.3612.8741.2341.3161.92.02.4741.2433.81.9無地面控制GPS輔助光束法平差19.35.6377.5205.8174.2338.15.92.8784.9004.06.9山東科技大學測繪科學與工程學院第52頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第52頁/共74頁54四、GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差2、試驗結(jié)果與分析天津生產(chǎn)性試驗構(gòu)架航線對區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)果的改善試驗結(jié)果：（1）構(gòu)架航線對常規(guī)密集周邊布點的自檢校光束法區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)果沒有影響。

（2）在四角布設(shè)4個平高地面控制點的情況下，構(gòu)架航線對GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)果未發(fā)現(xiàn)有明顯影響。 （3）在無地面控制情況下，構(gòu)架航線對GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差有明顯的改善，平面提高了17.9%;高程提高了13.2%.山東科技大學測繪科學與工程學院第53頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第53頁/共74頁55

四、GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差二、試驗結(jié)果與分析

天津測區(qū)不同地面控制方案下GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)果檢查點數(shù)實際精度以像片比例尺計算精度/0

地面控制方案

0個控制點

1個角點

2個對角角點

3個角點

4個角點

4個角點+兩排高程點構(gòu)架航線 無 有 無 有 無 有無 有 無 有無0m

16.3 18.4 16.3 18.3 16.3 18.4 16.4 18.4 16.4 18.416.4平面55 54 53 52 51 51高程696867 66

65 56平面4.0943.7682.8712.917 2.643 2.448 2.436 2.494 2.464 2.426

2.439高程

8.155 7.456 1.974 1.308 1.461 1.280 1.457 1.328 1.371 1.308 1.223平面

6.7 5.5 4.8 4.3 4.4 3.6 4.0 3.7 4.1 3.6 4.0高程13.511.03.31.9 2.4 1.9 2.4 2.0 2.3 1.92.0山東科技大學測繪科學與工程學院第54頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第54頁/共74頁56四、GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差

2、試驗結(jié)果與分析

哈爾濱試驗

哈爾濱試驗區(qū)GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)果平差方案0m檢查點最大 殘差/m平面高程平面/ m理論精度高程/平面/m0高程/

0平面/ m

實際精度高程/平面/ m0高程/

0四角布點GPS輔助光束法平差11.06110.1890.2362.12.70.2420.2912.83.3無地面控制GPS輔助光束法平差12.31160.3390.2793.42.80.7990.2728.12.8山東科技大學測繪科學與工程學院第55頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第55頁/共74頁57四、GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差二、試驗結(jié)果與分析對方法的評價GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差最好的加密理論精度已達到了平面1.40~3.60，高程2.00~4.40。山東科技大學測繪科學與工程學院第56頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第56頁/共74頁58五、總結(jié)

常規(guī)空中三角測量與GPS輔助自動空中三角測量的比較

比較項目 航空攝影外業(yè)像片控制點聯(lián)測控制點轉(zhuǎn)點、量測 區(qū)域網(wǎng)平差

常規(guī)三角測量 常規(guī)航空攝影飛行 需一個作業(yè)季節(jié)進行 外業(yè)控制測量人工作業(yè)（慢、差、費） 精度取決于地面控制 點數(shù)量和分布

GPS輔助自動空中三角測量帶GPS相位差分的航空攝影飛行增加約１５%的航攝費用 只需少量地面控制點在航攝 時用GPS測量技術(shù)同步完成 少量地面控制點 帶GPS數(shù)據(jù)的聯(lián)合平差 精度均勻，可靠性好山東科技大學測繪科學與工程學院第57頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第57頁/共74頁59五、總結(jié)

常規(guī)空中三角測量與GPS輔助自動空中三角測量的比較

比較項目 航空攝影外業(yè)像片控制點聯(lián)測 內(nèi)業(yè)選刺點 像片坐標量測 區(qū)域網(wǎng)平差

常規(guī)三角測量 常規(guī)航空攝影飛行 需一個作業(yè)季節(jié)進行 外業(yè)控制測量人工作業(yè)（慢、差、費）人工作業(yè)（慢、精度低） 精度取決于地面控制 點數(shù)量和分布

GPS輔助自動空中三角測量帶GPS相位差分的航空攝影飛行增加約１５%的航攝費用 只需少量地面控制點在航攝 時用GPS測量技術(shù)同步完成 全自動完成（快、好、?。? 全自動完成（快、精度高） 帶GPS數(shù)據(jù)的聯(lián)合平差 精度均勻，可靠性好山東科技大學測繪科學與工程學院第58頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第58頁/共74頁60GPS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1.2o~2.8o，高程2.0o~4.4o，達到自檢校光束法區(qū)域網(wǎng)平差精度。實際精度：平面1.6o~4.3o，高程1.3o~3.1o，

高程方面與理論精度完全符合，平面位置由于內(nèi) 業(yè)判點誤差等導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。山東科技大學測繪科學與工程學院第59頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第59頁/共74頁61§6-10POS輔助空中三角測量直接傳感器定向POS系統(tǒng)測定像片外方位元素Xs,Ys,Zs,,,空間前方交會解算地面點坐標集成傳感器定向POS系統(tǒng)測定像片外方位元素Xs,Ys,Zs,,,POS輔助空中三角測量山東科技大學測繪科學與工程學院第60頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第60頁/共74頁62

POS系統(tǒng)航攝相機導航控制系統(tǒng)IMU高精度姿態(tài)測量系統(tǒng)IMU與相機連接架機載DGPS天線地面DGPS基站接收機

目前國際商用系統(tǒng)1、加拿大POS系統(tǒng)2、德國AerocontrolIId系統(tǒng)

山東科技大學測繪科學與工程學院第61頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第61頁/共74頁63POS系統(tǒng)直接測量攝影時刻像片位置與姿態(tài)精度mXsmYsmZs5~10cmmm0.00518m0.0136山東科技大學測繪科學與工程學院第62頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第62頁/共74頁64POS航空攝影系統(tǒng)的空間偏移山東科技大學測繪科學與工程學院第63頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第63頁/共74頁1N1N2vYa23yy065空間前方交會

BXXs2Xs1

XXs?單模型點投影系數(shù)法YYs1

ZZs1N1X1+(N1Y1N2Y2BY)/2N1Z1BYYs2Ys1BZZs2Zs1

BXZ2BZX2

X1Z2X2Z1

BXZ1BZX1

X1Z2X2Z1?多片最小二乘平差法vxa11a12ya21a22

Xa13xx0 Z山東科技大學測繪科學與工程學院第64頁/共73頁

牛牛文庫文檔分享第64頁/共74頁c3a2a66POS輔助空中三角測量RRIMURBbarctg(-3)a