国产POS辅助空中三角测量精度分析.pdf

第6期矿山测量2011年12月MINE SURVEYINGDec.2011doi:10.3969/j.isn.1001-358X.2011.06.0023应用国产POS辅助空中三角测量精度分析成枢,黄刚,张艳亭,任国庆(山东科技大学测绘科学与工程学院,山东青岛266510)摘要:以POS辅助空中三角测量原理为基础,基于国产POS、新型SWDC相机与惯性稳定平台集成进行的飞行试验,对试验数据进行处理后,使用TG-AT软件进行平差处理试验,通过试验验证地面控制点与附加参数对POS辅助空中三角测量精度的影响。关键词:国产POS;空中三角测量;精度;地面控制点;附加参数中图分类号:P228.4文献标识码:B文章编号:1001-358X(2011)06-001003随着全球定位技术(GPS, Global Position Sys-摄影测量两个领域,它们在坐标系统和旋转角的定tem)和惯性测量装置(IMU, Inertial Measurement U-义上是不同的,下面介绍各种坐标系统的定义和相nit)的逐步完善和迅速发展,POS辅助航空摄影测互转换关系。量技术成为航空摄影测量领域的研究热点。POS辅惯性导航中常用的坐标系包括:载体坐标系、导助航空摄影测量技术可以获得飞行的位置和姿态数航坐标系以及地固坐标系。据,通过检校和预处理,可以直接测定航片的外方位(1)载体坐标系:Xb沿机翼方向,机体右侧为元素,从而实现稀少或无地面控制点航空摄影测正;Yb为飞行方向,向前为正:Zb为机体垂直方向,量。POS辅助空中三角测量技术的精度和可靠性向上为正。是研究者普遍关注的问题。(2)导航坐标系:Xn为东方向;Yn为北方向(大1POS辅助航空摄影技术地北);Zn为铅垂线方向,向上为正。载体坐标系和导航坐标系之间可以通过一个坐POS辅助航空摄影测量是指利用装在飞机上的标变换矩阵相互转换。变换矩阵由三个角、B和g9GS接收机和设在地面上的一个或多个基站上的CPS组成,航空工程中通常把、6和称为载体姿态的接收机同步而连续地观测CPS卫星信号,通过GPS载航向、俯仰和横滚角。其中6为俯仰角,机头朝上波相位测量差分定位技术获取航摄仪的位置参数,应用为正;为横滚角,右翼下沉为正;为航向角,右偏与航摄仪紧密固联的高精度惯性测量单元(MU)直接为正。测定航摄仪的姿态参数,通过MU、DCPS数据的联合后在摄影测量领域中,影像坐标系统是通过相机处理技术获得测图所需的每张像片高精度外方为元素的框标或CCD传感器来定义的。相对于导航系统的航空摄影测量理论、技术和方法2。在摄影测量中采用类似地固坐标系的物方坐标系POS辅助航空摄影测量方法主要包括:直接地统。摄影测量系统中同样定义了旋转角度,K理定位法(DC, Direct Geo- referencing)和POS辅助来表示两个坐标系统间的转角,转角的转动顺序在空中三角测量方法(ISO, Integrated Sensor Orienta-不同的摄影测量成图系统中不同。tion oPOS辅助空中三角测量方法是指将IMU/DGPS在摄影测量光束法平差中使用的旋转角转换顺技术直接获取的每张像片的外方位元素,作为带权厚主要有两种:一种是q9,0,K系统,即按照,0,K观测值参与摄影测量区域网平差,获得更高精度的的顺序依次转换;另一种是K,系统,即接照K,像片外方位元素成果。,p的顺序依次转换。POS辅助航空摄影测量同时涉及到惯性导航和将惯性导航坐标系统量测的姿态角(,B,)转换成摄影测量的姿态角(P,K)要考虑到坐标系和*甚金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)重点项目旋转角定义的不同。同时,还要考虑到地球曲率和2008AA121301子午线偏差对摄影测量坐标系统的影响。10第6期成枢等:国产POS辅助空中三角测量精度分析2011年12月在摄影测量中进行直接地理定位时,必须先从惯性量测系统测得的投影中心和姿态角(9,日,)换算到在物方坐标系下的像方坐标系的转换矩阵值,进而求出用北航激光POS于摄影测量直接安置定向的(P,a,k)角。在应用中,MU需要与航摄仪紧密固联,确保两者之间各轴精确平行,但实际安装中存在一定的安新型SWDC相机装误差,使得IMU与航摄仪各轴指向之间出现一个微小的角度偏差,称为偏心角( Misalignment)。偏心北航惯性稳定平合角可以分解为三个方向上的角度偏差:ex,ey,ez。偏心角在实际应用中必须进行检校,并在各种转换工程中考虑进去。图1实验设备如果IMU与航摄仪紧密固联,ex,ey,ez应该是常值?。因为使用常规几何方法无法量取偏心角,通常使用飞行检校场的方法求出偏心角。这种方法是先在有足够数量高精度控制点的检校场进行检校飞行,然后采用空三方法计算出每张像片的投影中心位置和(p,0,K)角,最后通过与IMU获得的位置和姿态数据进行计算,求出偏心角的最佳估计值。2试验技术方案本试验区位于河南平顶山市新城区,地处平顶山市西部,区内地势自西北向东南逐渐降低,最高海图2地标设计拔528m,相对高差200m左右,地形类别主要为丘3试验结果与分析陵,区域内分布有居民区、森林、水库等。本试验采用A2C水陆两用轻小型飞机,航摄设依据试验技术方案,分别于2011年5月27日备使用北航研发的激光POS、新型SWDC数字航空下午与28日晨对试验区域进行了试验飞行,得到相摄影相机与惯性稳定平台(见图1),机载CPS和地关影像、POS与平台数据。通过处理,可得应用于空面基站均采用 Trimble5700型双频CPS接收机同步三计算的POS与影像数据。为检验POS辅助空中配合。三角测量精度的影响因素,使用中国测绘科学研究新型SWDC数字航空摄影相机焦距50.2m,院开发的TG-AT软件分别对试验数据进行了使用影像分辦率1000014500像素,像元分辨率不同个数控制点、不同附加参数进行平差处理。6.8pm。航摄像对航高550m,摄影比例尺1:1000,3.1不同控制点个数参与平差设计GSD(数码相机CCD一个像元对应的地面尺目前,由于CPS动态定位所获得的摄站点坐标寸)为7.5cm。还不可能完全达到空中三角测量所需要的控制点的测区大小为5kmx3km,共设计东西向5条航精度要求,区域网平差中利用地面控制点进行强制线,每条航线27个曝光点,影像航向重叠度60%,旁的系统误差补偿必不可少?。试验采用不同数量的向重叠度40%。测区内布设6行、4列,共计24个控制点分别进行平差处理,得到检査点x、y、Z及平地面控制点。面中误差,见表1。由于光学地标一般选择7-10个像元的圆形黑表1显示:在使用1个控制点参与平差计算时,白相间(内黑外白厂的标志,将地标设计为1mx1m检查点的