1、遥感信息工程学院遥感信息工程学院 摄影测量教研室摄影测量教研室摄影测量学摄影测量学（上）（上）第九章第九章v 摄影测量加密方法回顾摄影测量加密方法回顾v GPS辅助空中三角测量辅助空中三角测量v POS辅助空中三角测量辅助空中三角测量XZYSS高程控制点高程控制点平高控制点平高控制点待定点待定点n航带法航带法 解求航线的非线性解求航线的非线性改正参数改正参数 n独立模型法独立模型法 解求模型的相似变解求模型的相似变换参数换参数 n光束法光束法 解求像片的外方位解求像片的外方位元素及物点坐标元素及物点坐标 像片坐标像片坐标初步航带平差初步航带平差计算计算/量测航线量测航线区域网平差区域网平差计算
2、计算/量测独立模型量测独立模型相对定向相对定向航线构成航线构成光束法独立模型法航带法像控测量像控测量获得获得GCP坐标坐标空三加密解算像片空三加密解算像片外方位元素外方位元素 Xs, Ys, Zs, , , 前方交会解算前方交会解算地面点坐标地面点坐标航空航空摄影摄影外业外业控制控制空三空三加密加密n利用安装于飞机上与航摄仪相连接的和设在地面一个利用安装于飞机上与航摄仪相连接的和设在地面一个或多个基准站上的至少两台或多个基准站上的至少两台GPS信号接收机同步而连信号接收机同步而连续地观测续地观测GPS卫星信号、同时获取航空摄影瞬间航摄卫星信号、同时获取航空摄影瞬间航摄仪快门开启脉冲，经过仪快门
3、开启脉冲，经过GPS载波相位测量差分定位技载波相位测量差分定位技术的离线数据后处理获取航摄仪曝光时刻摄站的三维术的离线数据后处理获取航摄仪曝光时刻摄站的三维坐标，然后将其视为附加观测值引入摄影测量区域网坐标，然后将其视为附加观测值引入摄影测量区域网平差中，以取代地面控制，经采用统一的数学模型和平差中，以取代地面控制，经采用统一的数学模型和算法来整体确定目标点位和像片方位元素，并对其质算法来整体确定目标点位和像片方位元素，并对其质量进行评定的理论、技术和方法量进行评定的理论、技术和方法n目的目的是极大地减少甚至完全免除常规空中三角测量所是极大地减少甚至完全免除常规空中三角测量所必需的地面控制点，
4、以节省野外控制测量工作量、缩必需的地面控制点，以节省野外控制测量工作量、缩短航测成图周期、降低生产成本、提高生产效率短航测成图周期、降低生产成本、提高生产效率单差分方式相对动态单差分方式相对动态GPS定位示意图定位示意图XZYSS待定点待定点高程控制点高程控制点平高控制点平高控制点q现行航空摄影系统改造及偏心测定现行航空摄影系统改造及偏心测定q带带 GPS信号接收机的航空摄影信号接收机的航空摄影q解求解求GPS摄站坐标摄站坐标qGPS摄站坐标与摄影测量数据联合平差，以摄站坐标与摄影测量数据联合平差，以确定目标点位并评定其质量确定目标点位并评定其质量机载天线相位中心航摄仪投影中心ASuvw带带G
5、PS信号接收机的航空摄影系统信号接收机的航空摄影系统GPS天线天线放大器放大器GPS信号信号接收机接收机航摄仪航摄仪天线天线YZXn依照Kalman滤波递推算法，求出每一观测历元时刻机载GPS天线的空间坐标n利用插值方法，由相邻两个历元的 GPS天线位置内插航摄仪曝光时刻GPS摄站坐标n武汉大学研制成功了相应的GPS差分动态定位软件DDkin（GPS kinematic positioning）状态方程观测方程kkkkk1k1kk1kk,kkVdDXHYWbBXX+1n误差方程误差方程是在自检校光束法区域网平差基础上顾是在自检校光束法区域网平差基础上顾及投影中心与机载及投影中心与机载GPS天线
6、相位中心几何关系所得天线相位中心几何关系所得到的一个基础方程到的一个基础方程n法方程法方程仍为镶边带状矩阵仍为镶边带状矩阵,但边宽加大了但边宽加大了,而其良好而其良好稀疏带状结构并没有破坏。因此可用传统的边法稀疏带状结构并没有破坏。因此可用传统的边法化边消元的循环分块解法求解化边消元的循环分块解法求解n测区两端必须要布设足够的测区两端必须要布设足够的地面控制点地面控制点或采用特或采用特殊的殊的像片覆盖图像片覆盖图A机载GPS天线相位中心航摄仪投影中心SMZYXuvwxysssAAAZYXwvuZYXR顾及动态顾及动态GPSGPS定位之系统误差定位之系统误差线性化之误差方程线性化之误差方程将GP
7、S摄站坐标视为带权观测值引入自检校光束法平差所得到的一个基础方程n与常规光束法比较法方程边宽加大了,但其良好稀疏带状结构并没有破坏 A B C D E F G H I J K L M N O c r d加密点坐标未知数像片外方位元素未知数附加参数 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19转 置 对项称1234567891011121314151617181920ABCDEFGHIJKLMNO1，2，20 待定点名 A，B，O 像片名 平高地面控制点 a. 4角平高控制点 + b. 4角平高控制点 + 2排高程控制点 2条垂直构架航线 平高地面控制点 高程地面控制点承德承德 (1998)
8、面积面积:81000km2黑龙江黑龙江 (19961998) 面积面积:17600km2北京北京 (19961998) 面积面积:205km2 天津天津 (1995)面积面积:1100km2太原太原 (1994)面积面积:10km2中越边界中越边界 (19961998) 面积面积:10700km2海南岛海南岛 (19961998) 面积面积:30000km2总面积：364000km2加密区： 150000km2新疆新疆 (20022004)面积面积:142000km2酒泉酒泉 (2004)面积面积:32000km2秦岭秦岭 (2004)面积面积:24000km2敦煌敦煌 (2004)面积面积:
9、25000km2n1024胶片，胶片，RC-30(152mm)，区域为区域为 3 8，Trimble 4000，2s数据更新率数据更新率n全为标志点全为标志点( (常规光束法平差须布设个常规光束法平差须布设个1212平高点和个平高点和个2 2高程点高程点) )n对于对于1:1000航测成图，检查点不符值：航测成图，检查点不符值： 平面平面0.5m，高程高程0.40mn对于对于1: 500航测成图，检查点不符值：航测成图，检查点不符值： 平面平面0.5m，高程高程0.35m o o检检查查点点数数 理理论论精精度度(cm) 实实际际精精度度(cm)平平 差差 方方 案案m平平面面高高程程平平面面
10、高高程程平平面面高高程程密周边布点光束法区域网平差10.394915.422.55.216.0四角布点GPS 辅助光束法平差10.4103956.523.37.918.1无地面控制GPS 辅助光束法平差 9.71039511.324.023.235.21. 带地面控制的GPS辅助光束法区域网平差理论精度非常好：平面1.2o2.8o，高程2.0o4.4o，达到自检校光束法区域网平差精度2. 实际精度：平面1.6o4.3o，高程1.3o3.1o，高程方面与理论精度完全符合，平面位置由于内业判点误差等导致与理论精度有一定差距。但平差结果完全满足测图控制对加密成果的精度要求3. 无地面控制GPS辅助光
11、束法区域网平差具有较大的系统误差，实际精度与理论精度相差较远。但成果仍能满足了1:25000地形图航测成图精度要求POS辅助空中三角测量辅助空中三角测量空间前方交会解算地面点坐标空间前方交会解算地面点坐标 （直接传感器定向）（直接传感器定向）POS辅助空中三角测量辅助空中三角测量 （集成传感器定向）（集成传感器定向）POS系统测定像片外方位元素系统测定像片外方位元素 Xs, Ys, Zs, , , v 航摄相机v 导航控制系统v IMU高精度姿态测量系统v IMU与相机连接架v 机载DGPS天线v 地面DGPS基站接收机目前国际商用系统：目前国际商用系统： 1、加拿大、加拿大POS系统系统 2
12、、德国、德国Aerocontrol IId系统系统直接测量直接测量摄影时刻摄影时刻像片位置像片位置与姿态与姿态精度112211112/ )(+111ZNBYNYNXNZYXZYXYsss00232221131211yyxxZYXaaaaaavvyx12211121221221121212ZXZXXBZBNZXZXXBZBNZZBYYBXXBZXZXssZssYssXIIMU旋转中心航摄仪投影中心SMZYXuvwxyxIyIzIBIMURRRbbbttaaaaaacb)(+)arctg(-)arcsin(-)arctg(-012333布设检校场布设检校场飞机进场时飞机进场时飞飞S弯弯 系统误差改
13、正前 系统误差改正后 比比较较方方案案 前方交会 GPS 辅助光束法区域网平差 前方交会 GPS 辅助光束法区域网平差 检查点数 34 1864 34 1864 X -5.705 -5.520 0.666 0.580 Y -116.355 -116.460 0.734 -0.610 平 面 116.456 116.565 0.799 0.628 最大残差(m) 高 程 11.601 11.422 1.071 0.856 X -4.394 -4.560 0.012 0.000 Y -115.241 -115.490 -0.101 0.000 平 面 115.374 115.612 0.135 0
14、.029 最小残差(m) 高 程 10.125 10.144 0.005 0.000 X -5.128 -5.060 0.000 0.070 Y -115.907 -115.950 0.000 -0.040 平面 115.374 116.062 0.000 0.084 平均残差(m) 高程 10.530 10.735 0.000 0.205 X 5.140 5.070 0.264 0.280 Y 115.908 115.960 0.361 0.180 平 面 116.021 116.069 0.448 0.335 实际精度(m) 高 程 10.535 10.735 0.322 0.281 注：
15、“系统误差改正”指将前方交会获得的每一个地面点三维坐标分别减去其平均残差 n1:2000航测成图航测成图 检查点不符值检查点不符值: n平面平面1.0mn高程高程0.4mPOS系统所确定加密点坐标的精度 地面控制点地面控制点 无 四角 单位权中误差（um） 2.4 2.2 检查点数 34 30 平面 118.090 0.630 最大残差 （m） 高程 -13.011 0.830 平面 113.295 0.055 最小残差 （m） 高程 -5.054 0.008 平面 115.220 0.255 中 误 差 （m） 高程 8.123 0.392 GPS辅助光束法平差的精度 试验区位于河南省安阳市
16、，距北京约500公里安阳市1：20000测区测区检校场检校场1：4000测区测区 平平差差方方案案 经典光束法 前方交会 POS 辅助光束法区域网平差 带四角控制POS 辅助光束法区域网平差 检查点数 33/17 116 47 43 平 面 0.336 0.520 0.324 0.309 最大残差(m) 高 程 0.127 0.428 0.241 0.223 X 0.118 0.109 0.107 Y 0.095 0.086 0.086 平 面 0.151 0.204 0.139 0.137 实际精度(m) 高 程 0.069 0.139 0.105 0.106 n1:1000航测成图，检查点
17、不符值航测成图，检查点不符值: n平面平面0.50mn高程高程0.25mPOS系统所确定加密点坐标的精度 平平差差方方案案 经典光束法 前方交会 POS 辅助光束法区域网平差 带四角控制POS 辅助光束法区域网平差 检查点数 20/8 88 32 28 平 面 1.681 2.327 1.403 1.724 最大残差(m) 高 程 0.381 2.592 1.797 0.975 X 0.625 0.578 0.707 Y 0.737 0.535 0.623 平 面 0.966 0.984 0.787 0.942 实际精度(m) 高 程 0.243 1.330 0.981 0.535 n1:50
18、00航测成图，检查点不符值航测成图，检查点不符值: n平面平面1.75mn高程高程1.00mPOS系统所确定加密点坐标的精度 v1:500001:50000比例尺航测成图可无需地面控制点和空比例尺航测成图可无需地面控制点和空三加密三加密v根据本次实验结果，根据本次实验结果，1:50001:50001:100001:10000比例尺航比例尺航测成图可省去地面控制；建议加测少量控制点测成图可省去地面控制；建议加测少量控制点参与平差，提高整体精度，并检核成图精度参与平差，提高整体精度，并检核成图精度v1:10001:1000和和1:20001:2000比例尺航测成图可大大减少野比例尺航测成图可大大减少野外像控测量工作量外像控测量工作量航空航空摄影摄影外业外业控制控制空三空三加密加密内业内业成图成图POS
