汪为国
四川成都 610000
摘要：近年来随着无人机与飞控技术的不断发展、倾斜摄影测量理论与处理软件的持续完善，无人机倾斜摄影测量技术被广泛应用于国土资源管理、城市规划、应急指挥及地质防治等众多领域，尤其在三维实景建模及快速大比例尺测图方面有着无可比拟的技术优势，引领了测绘领域的又一场技术革命。同时也为目前我国正在开展的智慧城市、“多规合一”及“房地一体化”等重大项目建设提供空间信息数字基础。本文针对基于单基站CORS的PPK技术增强无人机倾斜摄影测量相关研究较少的现状，提出了相应的数据处理流程，并对其中的关键技术进行详细阐述。首先采用TBC和Cosa GPS软件精确解算了单基站CORS基站坐标，可以满足单基站CORS增强无人机倾斜摄影测量的精度需求。其次，结合扩展卡尔曼滤波理论介绍了载波相位观测量事后差分解算的数学模型。最后，基于MATLAB语言编写了无人机POS数据后处理程序，可以生成无人机影像位置信息文件，便于后续数据处理。
关键词：CORS；倾斜摄影测量；关键技术；
1引言
近年来，利用RTK与PPK 等卫星导航定位技术服务无人机倾斜摄影测量方面取得了丰硕的研究成果。但是上述作业模式需要用户自设基站，作业效率低，耗费人力物力。此外，通过RTK 技术能够在无人机航测的同时实时提供高精度影像位置信息，但是持续保持数据通讯的需求限制了RTK 作业模式的应用范围，虽然PPK 技术无需数据通讯，可以作为RTK 技术的补充手段，但是PPK需要事后处理，无法实时提供精密定位。考虑到目前RTK 技术应用已经十分成熟以及单基站CORS与自架基站相比具有定位精度高、服务范围广、性能稳定等特殊性优势，且目前该方面研究相对较少，因此本章重点介绍基于单基站CORS系统的PPK 技术获取高精度影像位置信息，进而提高低空无人机倾斜摄影测量精度的方法与数据处理流程。
单基站CORS增强无人机倾斜摄影测量的过程大体上可以概括为数据获取、数据处理和精度评估三个部分。数据获取是基础，即在航测过程中单基站CORS 与无人机组成相对动态定位同步观测，同时获取影像数据和卫星观测数据。数据处理是核心，首先进行同步数据的PPK解算，然后重点获取曝光时刻相机摄影中心精确三维坐标，最后进行空中三角测量与三维重建等。精度评估是关键，主要体现在通过检查点坐标对Context Capture 生成的三维模型成果的精度进行分析，以验证基于单基站CORS系统的PPK技术增强无人机倾斜摄影测量能否满足相应的精度需求。本章面向目前应用广泛的大疆P4R 无人机，介绍基于单基站CORS系统的 PPK技术增强倾斜摄影测量的方法，详细阐述其中的关键技术、数学模型及核心算法。
2单基站CORS精确三维坐标解算
基站作为单基站CORS的核心，其坐标的精度与稳定性将直接影响整个系统的运行与定位精度，是能否满足多种服务需求的基础。因此，需要采用合适的解算策略来精确获取单基站CORS基站的坐标。CORS 基站坐标的解算策略多样。其中，国际公认的GAMIT和Bernese 等大型科研软件能够处理大批量长距离的GNSS观测数据，适用于永久GNSS跟踪站观测网、网络CORS系统等的基站坐标解算。对于单基站CORS 系统基站坐标，一般可以采用TBC和 Cosa GPS等高精度商业 GNSS 数据处理软件进行解算。
考虑到不同CORS站之间的基线长度最长为95km，最短为 29km，因此根据实际情况，首先采用天宝 TBC（Trimble Business Center）软件解算JDCORS 坐标，然后采用TBC软件结合Cosa GPS 软件分别基线解算和网平差进行对比分析，2 种方式解算得到的CGCS2000坐标框架下 JDCORS坐标较差结果X、Y、Z分别为0.001m、0.028m、0.009m。
采用TBC和Cosa GPS软件解算得到的JDCORS基站的CGCS2000坐标呈现出较好的一致性，在X、Y、Z方向3 个坐标分量的较差均小于3cm，且采用 Cosa GPS 软件网平差结果的中误差较小，满足单基站CORS增强无人机倾斜摄影测量的精度需求，因此最终选取Cosa GPS 软件网平差的坐标结果参与后续的数据处理。
3. 基于PPK的摄站点坐标解算
在无人机按照规划好的航线完成倾斜摄影测量之后，通过事后数据处理获取曝光时刻相机摄影中心的精确三维坐标，是单基站CORS系统增强无人机倾斜摄影测量的关键步骤。实现这一目的的前提是解算无人机航测时GNSS摄站点的高精度坐标。对于单基站 CORS系统与大疆P4R机载接收机的同步卫星观测数据，通过差分定位技术对其载波相位观测量进行事后联合处理，经严密计算可以得到机载接收机天线相位中心在观测历元的精确三维坐标。在事后数据处理的具体实施过程中，对于单基站CORS系统与机载GNSS 接收机的动态相对定位观测数据，基于载波相位和伪距观测值建立双差观测模型。双差观测方程是对同步观测值进行一次站间差分和一次星间差分，因此卫星钟差、接收机钟差、对流层延迟影响和电离层延迟影响等误差均已基本消除。
在此基础上，利用扩展卡尔曼滤波实现单基站CORS系统与机载接收机的载波相位观测数据事后差分解算，获取机载接收机天线相位中心的精确三维坐标。对于整周模糊度的整数解，通常采用LAMBDA算法求解整数最小二乘的方式来获得。
4. 曝光时刻相机摄影中心坐标获取
通过将单基站CORS系统与机载接收机的同步卫星观测数据进行事后差分处理，得到了无人机航测过程中机载接收机天线相位中心的精确空间位置。但是，一方面由于机载接收机与相机独立工作而导致机载接收机观测历元与相机曝光时刻不严格同步产生时间偏移；另一方面由于机载接收机天线相位中心与相机摄影中心不重合而存在空间偏移。因此为了得到曝光时刻相机摄影中心的精确三维坐标，需要在机载接收机天线相位中心坐标的基础上采用合适的方法进行转化。
针对大疆P4R无人机，首先利用MATLAB编程语言读取曝光时间戳记录文件得到曝光时刻作为待插值点，然后读取PPK解算的结果文件得到机载接收机观测历元与对应坐标。确定插值区间的工作相对复杂。首先，遍历曝光时刻，对于任意一个曝光时刻需要遍历机载接收机观测历元从而确定与该曝光时刻相邻的历元；其次针对插值阶数的大小决定在这个历元的基础上依次外延历元的数量从而确定插值区间；然后以曝光时刻为待插值点，以所确定插值区间中包含的机载接收机观测历元及其对应的坐标分量为插值节点执行拉格朗日插值算法得到该曝光时刻机载接收机的坐标；切换待插值点后，需要重新确定插值区间。如此循环迭代直至内插得到所有曝光时刻机载接收机天线相位中心的三维坐标。
5. 结束语
本文针对基于单基站CORS的PPK技术增强无人机倾斜摄影测量相关研究较少的现状，提出了相应的数据处理流程，并对其中的关键技术进行详细阐述。首先采用TBC和Cosa GPS软件精确解算了单基站CORS基站坐标，可以满足单基站CORS增强无人机倾斜摄影测量的精度需求。其次，结合扩展卡尔曼滤波理论介绍了载波相位观测量事后差分解算的数学模型。最后，基于MATLAB 语言编写了无人机POS 数据后处理程序，可以生成无人机影像位置信息文件，便于后续数据处理。
参考文献
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作者：汪卫国，身份证号：51138119810804****。