研究精密单点定位在GPS辅助航空摄影测量中的应用

刘爱萍+卢玉婷

摘要：近年来，在GPS技术不断成熟的背景下，GPS/IMU辅助航空摄影测量技术得到了长足的发展并广泛应用于测量领域中。精密单点定位技术是在IGS提供的精密星历产品精度日益提高、GPS接收机性能不断完善的条件下出现的，该技术为航空摄影提供了新的解决方案。本文分析了精密单点定位技术的基本原理，并对精密单点定位技术在GPS辅助航空摄影测量中的应用实例进行了深入地分析研究。

关键词：精密单点定位；GPS辅助航空摄影测量；应用

常规的航空摄影测量一般需要布设地面控制点和共线条件方程，以对所需摄影测量站点的坐标进行推导，GPS/IMU辅助航空摄影测量技术的应用能实时的获取摄站的空间坐标点，不仅节省了大量的人力物力和财力，还大幅度的缩短了整个航空摄影测量的作业周期。然而，GPS定位仍存在一定的缺陷性，在航测是需要地面布设有一定密度的GPS基准站才能确保动态基线结算的精密度与可靠性，这以要求给一些大范围的、艰苦地区的航测带来了较大难题。

一、精密单点定位技术的基本原理

精密单点定位技术主要是利用无电离层影响的载波相位观测值和IGS等组织提供的高精度卫星星历钟差（GPS精密星历和精密钟差文件），以及伪距组合观测值等作为观测资料进行高精密度单点定位的方法。精密单点定位技术相对于一般的单点定位来说具有高精密度，能对测站的位置、接收机钟差组合后的相位模糊度及对流层天顶延迟改正数据等参数进行估算。用户使用一台GPS接收机（含双频双码观测数据）即可实现对数千平方公里甚至全球范围内的实时或事后高精度定位，能满足不同层次用户的不同需要。精密单点定位的特点在于各站点的解算具有独立性，因而其计算量较一般的相对定位而言更小，具有明显优势。与差分定位相比，精密单点定位必须采用精细的模型加以改正，并在对参数的估计中需使用辅助参数（如固体潮改正、海洋负荷改正等数据），这也是其计算量小的主要原因。而差分定位各站的解算不具相互独立性，其部分参数和误差项需要通过站间和星间求差才能消除。此外，由于精密单点定位技术能直接得到ITRF的框架坐标，因而在车船飞机等交通载体的精密授时、动态定位及对流层参数的估计中得到了广泛应用。由于精密单点定位技术的广阔市场前景，国内外许多机构都对该项技术进行了大量研究，武汉大学测绘学院在国内首选成功研发出了精密单点定位数据处理软件TirP，实现了精度高达mm-cm级的理论单点静态定位和cm-dm级的动态单点定位。并且不需地面基准站的支持，不会受到作用距离的限制便可直接得到ITRF的框架坐标。目前对于精密动态单点定位的参数估计后处理主要由Kalman滤波和最小二乘法两种主要的估计方法，上述软件所采用的便是递归的最小二乘估计法。这一方法在很大程度上提高了数据处理效率，同时也提高了定位参数估计的精确度、可靠性。

二、精密单点定位技术在GPS辅助航空摄影测量中的应用实例

（一）试验区基本情况。该试验区为带状测区，GSD为0.15m，成图比例尺为1：2000，将精密单点定位技术应用于GPS辅助航空摄影测量中。航空飞机使用SWDC摄航仪，主距50.2mm，飞行相片数目为322张，外业像控点共设置75个，对摄站点坐标成果使用GPS精密单点定位辅助航空摄影技术进行解算。采用wayPointG PS7.50系列GPS解算软件与TirP单点定位解算软件，对试验区采用GPS辅助空中三角测量加密。

（二）试验数据分析。精密清理与精密钟差的计算采用IGS提供的快速精密星历和快速精密钟差，在航飞完成后1天即可对数据处理，对高精度摄站地心坐标的计算得到摄站地心坐标的坐标准换（分平面转换和高程计算两部分），最终得出摄站在国家坐标系下的坐标。

（三）结果分析

实践结果证明，在GPS辅助航空摄影测量中，应用精密单点定位技术无需布设地面基准站，按照常规航空摄影技术规程进行摄影作业具有可行性，试验数据见表1。在利用SWDC数字航摄仪对航空摄影GPS辅助空中三角平差进行测量时，在天线分量的测量精度较高的情况下应按实际测量值输入，但若天线分量的测量精度较低则应将天线分量全部置零，而后设置漂移数据求出天线分量。应用GPS辅助空中三角测量法，所得的加密点精度，均符合所处地形相应比例尺航测业内加密精度的要求。并且，在试验中，区域网的四角仅布设了4各平面高程地面控制点，GPS辅助空中三角测量不随区域网的大小而发生改变。但随着地面控制点的减少，区域网平差的精度也有所下降，因此，应采用合理的地面控制方案确保满足测量规范所要求的精度。应用精密单点定位技术的GPS辅助航空摄影测量，其空中三角测量中不需要大量的野外橡片控制点也能达到地形图航空摄影测量所要求的规范精度，只需在测区网两端布设少量的控制点即可。这样一来不仅满足了精度要求，还直接的去掉了橡片控制测量环节，使航测成图的作业周期大大缩短，加快了地图数据的更新速度。

结束语：精密单点定位技术在GPS辅助航空摄影测量中的应用改变了传统相对定位测量模式，在单机作业模式下大大节约了投入成本，具有很强的灵活性，并且定位的精度不受到作用距离的限制，更具可靠性。此外，精密单点定位技术简化了航空摄影阶段和数据的处理阶段的流程，使其操作都更加简单，在本次试验实例中，在GPS辅助航空摄影测量中应用精密单点定位技术只需加入四角平面高程控制点，即可符合大、中、小三种规格成图比例尺的要求。综上，精密单点定位技术在GPS辅助航空摄影测量中的应用在无地面基站和较少地面控点的航测中具有较高的应用价值，值得进一步完善应用。