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1、解析空中三角测量最新发展 武汉大学武汉大学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）第九章第九章主要内容主要内容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一、传统摄影测量加密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 n航带法航带法航带法航带法 解求航线的非线性解求航线的非线性解求航线的非线性解求航线的非线性改正参数改正参数改正参数改正参数 n n独立模型法独立模型法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解求模型的相似变
2、解求模型的相似变换参数换参数换参数换参数 n n光束法光束法光束法光束法 解求像片的外方位解求像片的外方位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元素及物点坐标元素及物点坐标 传统摄影加密的三种方法传统摄影加密的三种方法传统摄影加密的三种方法传统摄影加密的三种方法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计算/量测独立模量测独立模型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传统的摄影测量目标定位过程传统的摄影测量目标定位过程 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
3、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 n利利利利用用用用安安安安装装装装于于于于飞飞飞飞机机机机上上上上与与与与航航航航摄摄摄摄仪仪仪仪相相相相连连连连接接接接的的的的和和和和设设设设在在在在地地地地面面面面一一一一个个个个或或或或多多多多个个个个基基基基准准准准站站站站上上上上的的的的至至至至少少少少两两两两台台台台GPSGPS信信信信号号号号接接接接收收收收机机机机同同同同步步步步而而而而连连连连续续续续地地地地观观观观测测测测GPSGPS卫卫卫卫星星星星信信信信号号号号、同同同同时时时时获获获获取取取取航航航
4、航空空空空摄摄摄摄影影影影瞬瞬瞬瞬间间间间航航航航摄摄摄摄仪仪仪仪快快快快门门门门开开开开启启启启脉脉脉脉冲冲冲冲，经经经经过过过过GPSGPS载载载载波波波波相相相相位位位位测测测测量量量量差差差差分分分分定定定定位位位位技技技技术术术术的的的的离离离离线线线线数数数数据据据据后后后后处处处处理理理理获获获获取取取取航航航航摄摄摄摄仪仪仪仪曝曝曝曝光光光光时时时时刻刻刻刻摄摄摄摄站站站站的的的的三三三三维维维维坐坐坐坐标标标标，然然然然后后后后将将将将其其其其视视视视为为为为附附附附加加加加观观观观测测测测值值值值引引引引入入入入摄摄摄摄影影影影测测测测量量量量区区区区域域域域网网网网平平平
5、平差差差差中中中中，以以以以取取取取代代代代地地地地面面面面控控控控制制制制，经经经经采采采采用用用用统统统统一一一一的的的的数数数数学学学学模模模模型型型型和和和和算算算算法法法法来来来来整整整整体体体体确确确确定定定定目目目目标标标标点点点点位位位位和和和和像像像像片片片片方方方方位位位位元元元元素素素素，并并并并对对对对其其其其质质质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 n目目目目的的的的是是是是极极极极大大大大地地地地减减减减少少少少甚甚甚甚至至至至完完完完全全全全免免免免除除除除常常常常规规规规空空空空中
6、中中中三三三三角角角角测测测测量量量量所所所所必必必必需需需需的的的的地地地地面面面面控控控控制制制制点点点点，以以以以节节节节省省省省野野野野外外外外控控控控制制制制测测测测量量量量工工工工作作作作量量量量、缩缩缩缩短航测成图周期、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、提高生产效率二、GPS辅助空中三角测量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带带GPS的航空摄影的航空摄影GPS辅助空中三角测量辅助空中三角测量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
7、制点作业过程作业过程qq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qq带带 GPS信号接收机的航空摄影信号接收机的航空摄影qq解求解求GPS摄站坐标摄站坐标qqGPS摄摄站站坐坐标标与与摄摄影影测测量量数数据据联联合合平平差差，以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现行航空摄影系统改造现行航空摄影系统改造机载天线相位中心航摄仪投影中心ASuvw带带GPS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GPS航空摄影系统的空间偏移航空摄影系统的空间偏移YZXGPS摄站坐标解求摄站坐标解求n n
8、依照依照KalmanKalman滤波递推算法，求出每一观测历元时刻滤波递推算法，求出每一观测历元时刻机载机载GPSGPS天线的空间坐标天线的空间坐标n n利用插值方法，由相邻两个历元的利用插值方法，由相邻两个历元的 GPSGPS天线位置内天线位置内插航摄仪曝光时刻插航摄仪曝光时刻GPSGPS摄站坐标摄站坐标n n武汉大学研制成功了相应的武汉大学研制成功了相应的GPSGPS差分动态定位软件差分动态定位软件DDkinDDkin（GPS kinematic positioningGPS kinematic positioning）状态方程观测方程GPS动态定位软件动态定位软件 DDkinGPS GP
9、S 辅助光束法平差辅助光束法平差辅助光束法平差辅助光束法平差n n误误误误差差差差方方方方程程程程是是是是在在在在自自自自检检检检校校校校光光光光束束束束法法法法区区区区域域域域网网网网平平平平差差差差基基基基础础础础上上上上顾顾顾顾及及及及投投投投影影影影中中中中心心心心与与与与机机机机载载载载GPSGPS天天天天线线线线相相相相位位位位中中中中心心心心几几几几何何何何关关关关系系系系所所所所得得得得到到到到的一个基础方程的一个基础方程的一个基础方程的一个基础方程n n法法法法方方方方程程程程仍仍仍仍为为为为镶镶镶镶边边边边带带带带状状状状矩矩矩矩阵阵阵阵,但但但但边边边边宽宽宽宽加加加加大
10、大大大了了了了,而而而而其其其其良良良良好好好好稀稀稀稀疏疏疏疏带带带带状状状状结结结结构构构构并并并并没没没没有有有有破破破破坏坏坏坏。因因因因此此此此可可可可用用用用传传传传统统统统的的的的边边边边法法法法化化化化边消元的循环分块解法求解边消元的循环分块解法求解边消元的循环分块解法求解边消元的循环分块解法求解n n测测测测区区区区两两两两端端端端必必必必须须须须要要要要布布布布设设设设足足足足够够够够的的的的地地地地面面面面控控控控制制制制点点点点或或或或采采采采用用用用特特特特殊殊殊殊的的的的像片覆盖图像片覆盖图像片覆盖图像片覆盖图投影中心与投影中心与GPS天线相位中心之几何关系天线相位
11、中心之几何关系A机载GPS天线相位中心航摄仪投影中心SMZYXuvwxyGPSGPS摄站坐标误差方程摄站坐标误差方程顾及动态顾及动态顾及动态顾及动态GPSGPSGPSGPS定位之系统误差定位之系统误差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线性化之误差方程线性化之误差方程GPSGPS辅助光束法误差方程辅助光束法误差方程将GPS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GPSGPS辅助光束法法方程辅助光束法法方程n n与常规光束法比较法方程边宽加大了与常规光束法比较法方程边宽加大了,但其良好稀疏但其良好稀疏带状结构并没有破坏带状结构并没有破坏GPSGPS辅
12、助光束法区域网平差法方程系数阵辅助光束法区域网平差法方程系数阵辅助光束法区域网平差法方程系数阵辅助光束法区域网平差法方程系数阵 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 平高地面控制点建议采用的地面控制方案建议采用的地面控制方案建议采用的地面控制方案建议采用的地面控制方案中国中国GPS空三试验区分布图空三试验区分布图承德承德(19
13、98)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:25000km2太原试
14、验太原试验(1994199419941994年航空摄影年航空摄影年航空摄影年航空摄影,航摄比例尺航摄比例尺航摄比例尺航摄比例尺1:5000,1:5000,1:5000,1:5000,丘陵地丘陵地丘陵地丘陵地)太原试验结果太原试验结果太原试验结果太原试验结果(199419941994199419941994年航空摄影年航空摄影年航空摄影年航空摄影年航空摄影年航空摄影,航摄比例尺航摄比例尺航摄比例尺航摄比例尺航摄比例尺航摄比例尺1:5000,1:5000,1:5000,1:5000,1:5000,1:5000,丘陵地丘陵地丘陵地丘陵地丘陵地丘陵地)n n10241024胶片，胶片，胶片，胶片，RC
15、-30(152RC-30(152mmmm)，区域为区域为区域为区域为 3 3 8 8，Trimble 4000Trimble 4000，2s2s数据更新率数据更新率数据更新率数据更新率n n全为标志点全为标志点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常规光束法平差须布设个常规光束法平差须布设个12121212平高点和个平高点和个平高点和个平高点和个2 2 2 2高程点高程点高程点高程点)n n对于对于对于对于1:10001:1000航测成图，检查点不符值：航测成图，检查点不符值：航测成图，检查点不符值：航测成图，检查点不符值：平面平面平面平面0.50.5mm，高程高程
16、高程高程0.400.40mmn n对于对于对于对于1:5001:500航测成图，检查点不符值：航测成图，检查点不符值：航测成图，检查点不符值：航测成图，检查点不符值：平面平面平面平面0.50.5mm，高程高程高程高程0.350.35mm太原试验太原试验(1994199419941994年航空摄影年航空摄影年航空摄影年航空摄影,航摄比例尺航摄比例尺航摄比例尺航摄比例尺1:5000,1:5000,1:5000,1:5000,丘陵地形丘陵地形丘陵地形丘陵地形)太原试验太原试验(1994199419941994年航空摄影年航空摄影年航空摄影年航空摄影,航摄比例尺航摄比例尺航摄比例尺航摄比例尺1:500
17、0,1:5000,1:5000,1:5000,丘陵地形丘陵地形丘陵地形丘陵地形)GPSGPS辅助空三结果分析辅助空三结果分析辅助空三结果分析辅助空三结果分析1.带带地地面面控控制制的的GPSGPS辅辅助助光光束束法法区区域域网网平平差差理理论论精精度度非非常常好好：平平面面1.21.2s so o 2.82.8s so o，高高程程2.02.0s so o 4.44.4s so o，达到自检校光束法区域网平差精度达到自检校光束法区域网平差精度2.实实际际精精度度：平平面面1.61.6s so o 4.34.3s so o，高高程程1.31.3s so o 3.13.1s so o，高高程程方方
18、面面与与理理论论精精度度完完全全符符合合，平平面面位位置置由由于于内内业业判判点点误误差差等等导导致致与与理理论论精精度度有有一一定定差差距距。但但平平差结果完全满足测图控制对加密成果的精度要求差结果完全满足测图控制对加密成果的精度要求3.无无地地面面控控制制GPSGPS辅辅助助光光束束法法区区域域网网平平差差具具有有较较大大的的系系统统误误差差，实实际际精精度度与与理理论论精精度度相相差差较较远远。但但成果仍能满足了成果仍能满足了1:250001:25000地形图航测成图精度要求地形图航测成图精度要求三、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
19、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POS系统目前国际商用系统：目前国际商用系统：1、加拿大、加拿大POS系统系统 2、德国、德国Aerocontrol IId系统系统POS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POS航空摄影系统的空间偏移航空摄影系统的空间偏移空间前方交会空间前方交会 单模型点
20、投影系数法单模型点投影系数法单模型点投影系数法单模型点投影系数法 多片最小二乘平差法多片最小二乘平差法多片最小二乘平差法多片最小二乘平差法POS辅助空中三角测量辅助空中三角测量IIMU旋转中心航摄仪投影中心SMZYXuvwxyxIyIzI布设检校场布设检校场检校场的布设飞机进场时飞机进场时飞飞S弯弯北京测区试验(2003(2003年摄影，比例尺年摄影，比例尺年摄影，比例尺年摄影，比例尺1:80001:8000，平地，平地，平地，平地)北京测区试验(2003(2003年摄影，比例尺年摄影，比例尺年摄影，比例尺年摄影，比例尺1:80001:8000，平地，平地，平地，平地)注：“系统误差改正”指将
21、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航航测测成成图图 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 GPS辅助光束法平差的精度 试验区位于河南省安阳市，距北京约500公里14221422kmkm2 2平地、丘陵平地、丘陵1:50001:50001:200001:2000052.552.5kmkm2 2测区范围测区范围平地平地地貌情况地貌情况1:10001:1000成图比例尺成图比例尺1:40001:4000航摄比例尺航摄比例尺安阳市安阳测区试验(2002(2002年摄影，比例尺年摄影，比例尺年摄影，比例尺年摄影，
22、比例尺1:40001:200001:40001:20000，平地，平地，平地，平地 丘陵地丘陵地丘陵地丘陵地)1：20000测区测区检校场检校场1：4000测区测区安阳测区航线略图安阳测区试验(2003(2003年摄影，比例尺年摄影，比例尺年摄影，比例尺年摄影，比例尺1:40001:4000，平地，平地，平地，平地)n1:1000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0.50mn高程高程0.25mPOS系统所确定加密点坐标的精度 安阳测区试验(2003(2003年摄影，比例尺年摄影，比例尺年摄影，比例尺年摄影，比例尺1:200001:20000，丘陵地，丘陵地，丘陵地，丘陵地
23、)n1:5000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比比例例尺尺航航测测成成图图可可无无需需地地面面控控制制点点和和空空三加密三加密v根根据据本本次次实实验验结结果果，1:50001:50001:100001:10000比比例例尺尺航航测测成成图图可可省省去去地地面面控控制制；建建议议加加测测少少量量控控制制点点参与平差，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比比例例尺尺航航测测成成图图可可大大大大减减少少野野外像控测量工作量外像控测量工作量POS试验与结论航空摄影测量作业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谢谢大家谢谢大家