孙富余
长江空间信息技术工程有限公司（武汉） 湖北 武汉 430010
摘要：城市大比例尺航测成图是目前城市基础测绘与更新的主要手段。但航测成图在城市应用中有一定的局限性，如城市行道树及绿化带来的隐蔽问题、高层建筑的阴影遮盖部分、影像不清晰的独立地物、平坦地区的高程精度等，很难达到规范要求，需要外业进行大量补测工作。
关键词:GPS辅助空中三角测量；光束法平差；精度分析
中图分类号:P228
文献标识码:A
引言
传统的航空摄影测量包括航空摄影、像片控制测量、空中三角测量、内业测图等几个阶段,传统航摄技术无法获取像片的外方位元素,只能依靠像片控制测量野外获取大量的地面控制点,再通过空中三角测量获得内业测图所需的加密点坐标及外方位元素数据。但随着先进的空间技术在航空摄影测量领域的应用,采用GPS动态定位方法测定摄站空间位置(即外方位元素中的3个线元素)数据与基于航片的坐标像点观测采集联合平差的GPS辅助空中三角测量技术,正在逐步应用于一线的测绘生产。这种技术的推广降低了传统空中三角测量对地面控制点的依赖和需求,缩短了像片控制测量的野外工作量和作业周期。根据GPS辅助空三技术在某城市高新技术开发区河湖规划项目中大比例尺地形图测绘的应用情况,通过对其项目中的实施情况进行介绍和分析,希望从中获得实用有效的生产技术心得。
1无人机航测平台构造及特点
1.1无人机航测系统构成
无人机航测系统主要包括无人机飞行器、相机云台、飞控系统、远程通信装置以及配套的数据处理软件等，其中最为核心的为飞控系统。
飞行控制系统(flight control system，FCS)主要由机载控制部分和地面控制平台组成，机载控制部分主要包括飞行控制计算机、各类机载传感器等。传感器包括IMU惯导系统、GPS差分模组、距离传感器、气压计等，用于实时监测飞行器的高度、航速、航向等关键飞行参数，确保其按设计航线进行作业。
1.3无人机航测技术特点
普通的航测方式在进行小面积大比例尺地形图作业时因需申请空域等存在周期长、成本高等问题，无人机航测技术可快速高效的在小面积范围内获取高质量的航空数码影像，已成为普通航测作业模式的重要补充。无人机航空摄影测量系统，主要有以下特点：
1)由于是低空摄影，不会对现有空域安全构成实质性影响，因此无需进行空域报备申请，且飞行场地无限制，准备工作简便，因此飞行作业方便、执飞周期短、作业效率高；
2)无人机摄影通常采用低空飞行模式，低空接近目标，因此具有较高的地面分辨率，可以满足各类大比例尺地形图的测绘需求，且成本低廉；
3)配置较好的各类传感器，可很好的实现适应地形和地物的导航，从而可多角度获取地面目标影像，不仅可以拍摄正射影像，还可进行倾斜摄影测量，除了DOM、DEM等数字产品，还可进一步借助第三方软件生成立体三维模型，数字成果丰富多样。
2基于GPS辅助航测技术在大比例尺航测成图中的应用要点
2.1 航空摄影
（1）测区困难类别
测区地势平坦，偶有孤山、残丘分布；水系发达，河流、荡漾贯穿其中，豹澥湖、严家湖等湖泊星罗棋布。从空域、地形地貌条件等分析，并且综合考虑气候因素，测区实施航空摄影比较容易，所有图幅均属于一般航摄区域。
（2）航线设计
按东西方向直线飞行，航线平行于图廓线，平行于摄区边界线的首未航线敷设在摄区边界线上或边界线外，确保摄区边界实际覆盖不少于像幅的30%。航向覆盖超出摄区边界线至少一条基线。航向超出摄区边界线3条基线，旁向首末航线分别位于摄区边界线上。
（3）航线控制
航线弯曲度不大于3%，同一航线最大与最小航高差不应超过30m，相邻航片航高差不应超过20m，实际航高与预定航高差不应超过预定航高的5%。
（4）航摄相机
航测飞机所搭载相机为大幅面数码航摄相机UCX。UCX数码相机的传感器单元由8个高分辨率的光学镜头组成，其中4个全色波段的镜头，4个多光谱镜头（红、绿、蓝以及近红外）。采用新一代CCD面阵技术，相机分辨率6μm，可得到17310×11310像素的超大影像幅面。平台集成飞行管理系统、POS系统、三轴稳定平台等，能高效获取高分辨率影像数据和POS数据。
2.2 像片控制测量
（1）像控点布设方案
像片控制点在平地、丘陵地采用全野外布点，山地采用区域网布点。区域网布点以不大于10条基线布设控制点，个别像片不清楚或实地变化比较大的地方外业实测两三个备用点，靠近大面积水域的主点及标准点位落水的地方，采用全野外法布点。
（2）布点要求
全野外布点时，每一个立体像对布设四个平高点，并在像主点附近布设一个平高点。区域网布点的采用四角两边或四角两线法。采用四角两线法时，在区域网的四角各布设一个平高点，并在区域网两端垂直于航线方向的旁向重叠中线附近各布设一个高程控制点。采用四角两线法时，在区域网的四角各布设一个平高点，并在区域网两端垂直于航线方向敷设两条构架航线。不规则区域网在周边增设像控点，并在凸角转折处布设平高点，当凹角转折处为一条基线时，布设高程控制点，当凹角转折处为一条以上基线时，布设平高点。
（3）野外选点要求
像片控制点的目标影像应清晰，易于判别。布设的控制点宜能公用，一般布设在航向及旁向六片或五片重叠范围内。控制点和基准面不在同一平面时，应量注比高至0.1m；当点位周围不等高时，须标注比高量注的位置。当点位选刺在宽度大于0.4m的道路、田埂等线状地物中间时，应量取道路、田埂等的宽度至0.1m。像控点不能选刺在宽度大于1m的道路交叉中心。应尽量避免尖顶房角等难以刺准的点位。
（4）像控点测量
像控点利用湖北CORS网络进行GPS RTK测量。为验证像片控制RTK测量精度，同时检验坐标转换成果，联测3个城市高等级GPS水准点进行检验。
2.3 像控测量及空三加密技术
1)加密分区划分：一般选取4～5条航线,每条航线20片左右作为一个加密分区,在四角点布设平高控制点，建议每区布设1～2个检查点。2)平高控制点测量：可采用GPS RTK技术快速获取控制点3维坐标。3)平面坐标转换：应采用严密模型将摄站WGS-84坐标转换为地方坐标系坐标。4)高程系统转换：应采用大地水准面模型将摄站WGS-84大地高改化为1985国家高程基准高程。5)加密结果定向检查：加密完成后对单模型进行绝对定向检查,确保无超限情况。
2.4 GPS辅助空三精度
在平坦地形采用空中GPS辅助空三技术后,检查点平面与高程精度均表现较好,与传统布点方案相比无明显变化,完全能够符合1∶1000大比例尺测绘数字产品生产要求。在保证成图规范要求下却可节省外业控制点数量40%～70%,相对于传统航空摄影测量,减少了外业工作量,提升了生产效率。特别是对一些难于布设野外控制点的地形区域的航测法成图工作带来了极大的便利。
在光束法区域网平差方面,将传统的地面控制测量成果与空间GPS摄站测量成果联合平差,大大降低了传统由于地面控制点选取受地面限制,在转判像点量测时造成的精度损耗,减少了空三内业环节人为因素对控制成果精度的影响,提高了空中三角测量精度,地面精度甚至可以达到厘米级。
结束语
GPS辅助空中三角测量经大量的试验和生产实践,已在中、小比例尺航测成图中较为广泛地应用,但在大比例尺航测成图中的应用还不多,缺乏足够的实践与经验。本次生产获取了大量详实的数据,积累了经验,为以后大规模应用在大比例尺航测成图生产奠定了良好的基础。
参考文献
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