POS辅助空中三角测量在大比例尺航空摄影测量中的应用研究

刘爱霞　吴文静

摘 要：POS辅助空三技术的应用使得传统航空摄影测量摆脱了对于大量地面控制点的依赖性，在提高作业效率的同时也带来了很大的经济效益。该文结合具体的生产项目，对1∶1 000大比例尺测图中POS辅助空三的精度进行分析，并通过实验探讨像控点布设的最优方案，为POS辅助空三在1∶1 000成图中的应用提供技术依据。

关键词：POS辅助空中三角测量 像控点布设 最优方案 精度分析

中图分类号：P23 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0009-04

Abstract：POS supported aerial triangulation technology application make the traditional photogrammetry from the dependent on large number of ground control points，this can not only improve the operational efficiency，at the same time also brought great economic benefits.This dissertation mainly make Accuracy analysis of POS supported aerial triangulation in 1∶1 000 large scale digital mapping，and discuss the optimal solution of the control point layout through experiments.All of those provide a reliable technical support for the POS supported aerial triangulation application in 1∶1 000 large scale digital mapping.

Key Words： POS supported aerial triangulation； Control point layout； Optimal decision； Accuracy analysis

近几年，将POS系统应用到航空摄影测量领域成为研究热点。POS系统主要由GPS和IMU两个核心部件组成，GPS 用于获取影像的空间坐标，IMU 用于记录三个姿态角，将POS系统与航摄仪集成在一起，通过联合解算可以直接获取到每张像片的6个外方位元素。

POS 辅助航空摄影测量方法主要包括：

（1）直接定向法（Direct Georeferencing，DG）[1]，采用IMU/GPS辅助航空摄影技术，得到每张像片的外方位元素，实现无需地面控制点的航空摄影测量方法。

（2）辅助定向法（Integrated Sensor Orientation，ISO）[2]，即将POS系统获取的每张像片的外方位元素作为带权观测值参与摄影测量区域网平差，进而得到每张像片的高精度外方位元素。

该文重点研究了POS辅助定向法满足1∶1 000成图精度的像控点布设方案，为项目的进一步执行提供技术参考。

1 POS辅助空中三角测量

1.1 POS辅助空中三角测量

POS辅助空中三角测量，国际上也称为ISO（Integrated Sensor Orientation），是将基于GPS/IMU 组合系统直接获取的每张像片的外方位元素，作为带权观测值参与摄影测量区域网平差，获得更高精度的像片外方位元素成果。

POS辅助空中三角测量实际使用时，是将GPS/IMU获取的位置和姿态数据代入到空三运算中，利用像片匹配的连接点和地面控制点等辅助数据，可以获得更高精度的结果。国际上大量实验证明，即使仅用像片连接点，而不用地面控制点进行联合平差，也能大大提高GPS/IMU获得的外方位元素的精度，尤其是高程的精度和稳定性。如果再加入地面控制点，则整个模型非常稳健，计算结果的精度接近于常规空三结果。有研究结果表明，仅用1个地面控制点就达到很高的精度，使用2个地面控制点精度进一步提高，当加到3个、4个地面控制点时，精度虽有提高但已不明显，因此考虑到粗差的检测以及整体的稳定性，一般在测区4角加入地面控制点比较合理。

1.2 POS辅助空中三角测量的应用前景

目前我国国民经济的各行各业对大比例尺图件的需求与日俱增，由于传统的空中三角测量的精度受各种条件的限制，而POS辅助空三加密技术可以弥补传统空三加密的缺陷，不仅改变了过去先进行航摄、接着对外业的像片控制点进行测量 ，最后进行内业的空三加密工序流程，而且提高了精度，减少作业的程序。提高了作业效率，为最终实现数字摄影测量的自动化生产奠定了坚实的基础。进一步将空三加密成果精度得到提高，使大比例尺成图精度达到国家规范要求有了更高的保障。所以，POS辅助空中三角测量的技术更加完善，其应用即将更加广泛。

同时，POS辅助空中三角测量解决了西部困难重重的地形复杂地区，无法进行外业控制测量的难题，使得测绘小比例尺图件成为现实。相信，不久的将来在我国所有的疆域上不再有测绘者不能测量的地方，使航空摄影测量在我国国民经济发展的西部大开发中发挥更大的作用。

2 实验研究

2.1 项目概况

新疆测区地处我国西北边陲，地形以山间平原盆地和河谷地为主。测区东北部多为山地，海拔较高；其他地区以山间平原盆地和低矮丘陵为主，地势比较平坦，地形起伏不大。地形类别以平地、丘陵地为主，包含部分山地。

该实验数据选用新疆项目所获取的航空影像，采用POS辅助航空摄影技术，所使用的相机为UCXp相机，相机焦距为100 mm，CCD面阵像元数为17 310×11 310，像元尺寸为6 um，设计影像地面分辨率为0.08 m，相对航高为1 330 m。该实验选取了5条航线，每条航线约27张影像，共计133张影像。空三加密采用常规空三， POS辅助空三四点法、五点法、六点法进行区域网平差计算。

空三加密处理采用航空数据处理空三加密软件PixelGrid，其平差模块是国际上公认的光束法区域网平差软件PATB。该实验主要结合项目探讨分析在1∶1 000大比例尺测图情况下POS辅助空三的加密精度以及像控点布设的最优方案。

2.2 常规空三加密实验

常规空三加密处理使用控制点布点方案如图1所示。

规范（GB/T 23236-2009）要求的加密精度[3]见表1所示，该实验得到的常规空三加密处理精度见表2所示。

2.3 POS辅助空三加密实验

将解算得到的每张影像的高精度外方位元素作为空中三角测量的附加观测值导入到PixelGrid空三加密软件中参与区域网平差，分别采用四点法、五点法、六点法作为定向点，其余作为检查点，进行平差。

四点法：将4个控制点布设在实验区的四角。如图2所示。

五点法：将其中4个控制点布设在实验区的四角，一个控制点布设约中间位置。如下图3所示。

六点法：在四点法的基础上，实验区中间航线的两端各加布一个像控点。如下图4所示。

从表3可以看出POS辅助空三加密对于该测区采用五点法即可满足我国规范对于1∶1 000比例尺丘陵地地形的精度要求，且加密精度与常规空三加密精度相差不大。从而可以得到在航线方向的跨度20条基线，旁向跨度5条航线时布点，采用五点法即可达到要求的精度。

此外，在实验区5条航线的基础上，进一步增加航线条数，采用POS辅助五点法进行空三加密实验，以得到满足精度要求情况下的最佳像控布设方案。

从表4可以看出增加航线数测区精度会有明显下降，在旁向8条航线、航向每隔约20条基线布点是可以满足精度要求的，但增加到9条航线就无法满足精度要求了。

2.4 实验结果

该实验针对采用UCXP数码相机，丘陵地形，并满足1∶1 000比例尺的成图要求的测区进行论证。通过对整个试验过程的回顾，事实证明，区域网规模为5条航线，27条基线时，采用POS辅助空三加密，布设5个控制点就能够达到规范所要求的精度，所得到的加密成果完全可以满足实际应用。在航线增加到8条航线时，航向每隔20根基线布点也可满足规范精度要求，但是该项目在作业时为了保证精度没有大规模的采用这种布点方案，只是在丘陵地区进行了小区域实验分析，大规模区域布点以及复杂地形应用还需进一步进行应用实验研究。

3 结语

机载POS辅助航空摄影测量对于我国测绘行业来说发展时间还不长， 相应的技术规范还不能做到面面俱到，其在机载 POS 辅助航空摄影测量的区域网划分和布设方面还没有一个明确的规定[4]。通过POS辅助空中三角测量是一种实用、经济的摄影测量加密方法，为航空摄影测量开辟了新的前景。POS辅助航空摄影测量满足平地、丘陵等地区精度要求的同时，也可减少空三加密的繁重野外控制工作，很好地解决山区、森林等困难地区的布点、刺点、测量困难大等问题，缩减成本，提高作业效率。该文是POS辅助空中三角测量在实际生产中的应用实验，从实验结果可以看出，使用POS辅助定向法取得了较理想的精度。该文只是结合公司实施的项目进行了一次应用实验工作，希望在以后的生产实践中能够提供有价值的技术参考，使其能够更好的服务于国家各种测绘项目之中。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家标准.GB/T 27919-2011，IMU GPS辅助航空摄影技术规范[S].北京：中国标准出版社，2011.

[2] 王树根.摄影测量原理与应用[M].武汉：武汉大学出版社， 2009.

[3] GB/T 23236-2009，数字航空摄影测量空中三角测量规范[S].北京：中国标准出版社，2009.

[4] 黄健，邹学忠.辅助定向法空中三角测量区域网布控方案分析[J].测绘通报，2014（7）：70-74.