时间：2022-04-28 03:24:32
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇航空摄影测量，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：航空摄影测量；地籍测量
地籍测量包括权属调查和权属测量，是土地管理工作的重要基础。它是以地籍调查为依据，以测量技术为手段，从控制到碎部，精确测出各类土地的位置与大小、境界、权属界址点的坐标与宗地面积以及地籍图，以满足土地管理部门以及其它国民经济建设部门的需要。
1 地籍测量的含义及作用
1.1 地籍的含义
由政府监管，记载土地的位置、界址、数量、质量、权属和用途（地类）等基本状况的簿册称之为地籍。地籍按发展阶段有税收地籍，产权地籍和多用途地籍；根据特点和任务，地籍又可分为初始地籍和日常地籍，而按其特点可分为城镇地籍和农村地籍。
1.2 地籍测量的作用
地籍测量是为获取和表达地籍信息所进行的测绘工作，是地籍调查中依法认定权属界地址和利用现状的技术手段，是地籍档案建立的信息基础。地籍测量应尽可能满足国家经济建设多方面的需要为原则，除能为地籍管理和土地税收提供测量保障外，还必须为国民经济建设各有关部门提供信息，提供服务。
2 地籍测量的技术路线
2.1 采用权属调查、土地利用现状调查与野外全解析数字地籍测量一步到位工作模式，同一地块调查和测量工作由同一小组完成，大幅度减少工序衔接问题。
2.2 采用国内优秀的商业化测图系统软件CASS 5.1和自主开发测量软件相结合，在提高生产效率和质量的同时，提升调查成果的科技含量。
2.3 采用统一提供的软件将地籍调查成果全部录入计算机，地籍测量数据按照统一规定格式加工处理，为建立地籍信息管理系统奠定基础。
2.4 采用“套作”技术，即将权属调查、土地利用现状调查、数字化地籍测量、资料建库、数据加工等工序在时间上作一定的穿插作业，在保证质量的前提下，提高工作效率。
2.5 为确保工程实施进度和成果质量总体达到优级，采用ISO9001质量保证体系实施调查和测量工作。
3 地籍测量的主要内容
地籍测量主要包括以下内容：
界标物：作为界标物的各类地物必须测量。
建筑物：永久性房屋应逐幢测量，临时性房屋不测量，房屋等建筑物按墙基角测量，围墙，栅栏，栏杆应测量，阳台雨逢下有支柱应测量，全封闭的阳台按房屋测量，与权属界线无关的悬空阳台不测量，室外楼梯与房屋相连的通道应测量，建筑物的细部如墙外砖柱，装饰性的门柱应测量，露天设备等不测量，住宅小区内每幢有院的分户墙，凡与权属无关的不测量，居民院内违章搭建的房屋其高度未超过围墙的不测量。道路：街道和有正规铺装面的内部道路应按“规范”要求测量；公路以路肩线测量；街道以路涯线测量，建筑区内道路有明显界线的以路测线测量，无明显界线的以两旁宗地界址线为主；路旁的行树检修井、里程碑，指标牌等可舍去；道路上的桥梁，涵洞，隧道要测量；应注记路，街巷名。宗地内部道路只测量主干线，郊区道路如有界线，则必须在图上标明，路肩线也必须测量。
植被：较大面积绿化在（10m2以上），街心花园，城乡结合部的农田，菜地，园地，河滩等按分类含义绘出地类界，配置少量植被符号或注记说明。
4 将航空摄影测量技术应用于地籍测量的基本方法
4.1 控制测量
地籍控制测量是根据界址点和地籍图的精度要求，视测区范围的大小，测区内现存控制点数量和等级情况，按测量的基本原则和精度要求，进行技术设计，选点，埋石，野外观测，数据处理等测量工作。利用航空摄影测量技术布测城镇地籍基本控制网。在一些大城市中，一般已经建立城市控制网，并且已经在此控制网的基础上做了大量的测绘工作。但是，随着经济建设的迅速发展，已有控制网的控制范围已不能满足要求，有些控制点被破坏，为此，迫切需要应用航空摄影测量技术来加强和改造已有的控制网作为地籍控制网。
4.2 界址点坐标测量
在界址点和地物点测定前，传统的方法在首级控制网下加密一、二级导线和图根导线，随着航空摄影测量技术的普及，用航空摄影测量技术快速静态模式布设导线，是一种高效率地选择。在变更地籍测量时，当原有已知点破坏较多时，也可选择航空摄影测量技术快速静态模式加密导线，但应注意的是观测时间应大于15分钟。布网时要有足够的起算点，起算点分布要均匀。现在界址点解析法测量方法主要是全站仪极坐标法和GPS-RTK法。采用GPS-RTK方法时，由于每个界点测量都是孤立的，没有检核条件，建议每个界址点需认真测定二次。
4.3 地籍碎部测量的极坐标法
在控制点A上架设仪器，并以控制点A和点B定向，由于全站仪的广泛应用，该法已成为目前获取地籍要素的主要方法，通过直接将每个碎部点的高度角，水平角和斜距自动记录在电子手簿或掌上电脑上，直接解算界址点的三维坐标。
4.4 摄影测量法
摄影测量法也称航空摄影测量法，是一种利用被摄物体影像来重建物体空间位置和三维形状的技术，主要采用全数字摄影测量的方法求得界址点坐标。当界址点的数目很多，地面通视不良的情形下，采有高精度的摄影测量方法是经济有效的，对于采用其它方法施测界址点坐标，而用航测法绘制地籍图，更是我国当前城镇地籍测量的主要方法之一。■
参考文献
[1]邹岩.地籍测量的技术与方法[J].中国房地产业，2011，（2）.
[2]本刊编辑部.什么是地籍调查和地籍测量？[J].青海国土经略，2010，（4）.
关键词：航空摄影；测量技术；应用；研究
随着现代数字化科技的发展与各种技术的进步，传统的仪器测量已经不能完全满足当下获取测量数据的需要，由于测量技术在航空摄影中得到了更为广泛的应用，所以对航空测量的应用技术加强探究也显得尤橹匾。
1 航空摄影测量技术的相关概述
1.1 航空摄影测量技术的内容
航空摄影测量技术指的是通过让飞机在飞行中运用航摄仪器同地面进行连接，并且用航摄仪器对地面展开连续性的摄取相片，然后结合地面上的控制点完成测量、调绘以及立体测绘等具体步骤，接着再完成地形图绘制作业的一项工作内容。换言之，空摄影测量的运用即是测量人员通过将地面的投影中心转变为地形图（正射投影），从而让人们更加直观地了解到地面的基础信息状况。
航空摄影测量所采用的测绘方法是多样化的，包含了综合法、分工法、全能法等等，其中综合法指的是将摄影测量同平板之类的设备相互结合完成测图。分工法指的是依照平面与高程分球的方式来完成测图，通过在立体式的测绘仪器上进行等高线与地面点的测图，从而对地面的平面位置展开精确性的测量。该种方式同综合法存在一定的相似性，主要在丘陵地区的测量中运用较多。而全能法则是指利用立体测图仪器，构建出一些被缩小的反映地面的几何模型，在并且立体模型之上将地面平面的位置情况、等高线与高程等信息表示出来，从而获取地形图。
1.2 航空摄影技术的发展现状
航空摄影技术是本世纪才被创造出来的一项新型现代科技，而且随着航空相机的革新升级，DMC、ADS40、SWDC、UCD等专业的航空摄影仪在性能表现上也愈发出色。加之惯导技术、GPS技术、激光扫描、数码扫描以及其他尖端技术的进步，这种航空技术与不同领域生成技术之间的相互融合，也使得航空摄影测量获得了更大的使用与进步空间。而航空摄影中所运用到的摄影测量系统，以DMC II为例，其内部构造情况如下图1所示。
在以DMC II为例的摄影设备中，其不仅实现了摄影与测量之间的无缝连接，同时其航摄相机还可以为拍摄工作提供最为高清的航摄效果图。其中DMC II250中所使用的相机的参数达到了16768，航向像素数为14016；焦距达到了112 mm；其飞行高度到达500m时，对于地面景物的分辨率为2.5cm。此外，在基高比、彩色融合比等方面也有所更新、发展。
2 航空摄影测量技术的具体应用方法
在航空摄影测量技术的具体应用过程中，主要应当从以下方面予以把握：
第一，运用航摄仪器完成航空摄影测量。数字化与信息化是现代科技发展的重要方向，航空摄影测量也并不例外。通过将巨大空间地域范围内的地理信息与社会信息以数字形式纳入到测量仪器功能使用中，不仅能够满足地理测绘这种基础，与此同时数字航摄仪器还能够代替胶片相机完成其不具备的设计任务。以DMC为例，该类数字航摄仪器能够提供高分辨率、高清晰度的摄像需求，在满足数字相机的基础上，还实现了历史性的技术突破，将航空摄影相机中的内部传感器进行了改革。在其内部的8个传感器中，分别有4个波段传感与4个全色传感，综合起来这些传感器所能够捕获的数据信息通常来说是较为全面的，并且在完成对于影像数据的捕获后，技术人员便可以再利用各种播放软件对各种类型的影响进行输出了。需要注意的是，由于DMC所具有的强大性能，能够对小比例尺与高分辨率、大比例尺与拍摄业务需求的综合需要。所以在地面的分辨率达到5cm时，该系统便可以在任意的光照条件下完成曝光，从而保障所测的影像质量。
第二，利用ArcGIS软件完成所测地形图的制作。在地形图的绘制过程中，由于当下各类电子设备的普及，为了讲求实用性，技术人员往往会汇集测量数据然后再运用ArcGIS软件来制作出相应的电子地形图。而要完成地形图的绘制工作，首先要对数据类型与计划要求对于各类的数据信息予以确定，电子地图讲求的是信息的准确、快速以及便捷，所以保障数据的真实可靠也应当成为测量中的重中之重。其次，完成数据的整理工作以便于软件后续的信息提取。信息平台中要提取的内容主要有poi、道路、水系、植被、居民地、等等数据。而地形图中所应提取的还具体包括附属设施、管线、境界、地质地貌、植被等更为详细的内容。然后绘图人员还需按照1：500的比例尺对基础地形数据进行标注。
第三，辅助技术的应用。在航空摄影测量工作中，通常还会运用到IMU、DGPS以及LIDAR等辅助类技术。IMU或DGPS技术是指惯性测量的单元，通过对其的利用，可以实现对于三个线性元素的直接运算，并且这两项技术在计算中也可以带来不同的优势，从而使得航空摄影测量的效果更加具有精确度。而要使得该种惯性测量单元，还需要利用飞行器结合GPS定位系统，对来自卫星的定位信号予以接收。然后摄影仪再从中获取数据与图像因素等内容。IMU、DGPS可以清楚、准确的展示出测量中图片的外方位因素，所以通过此种技术往往也可以使得图片的外方位因素愈发精准。另外，LIDAR技术等其他辅助类技术的使用对于提高效率、缩短工作时长、减少成本投入等方面也有着积极作用，所以在航空摄影的应用中也有着较好的发展趋势。
3 结束语
加强关于航空摄影测量技术的方法研究，不仅能够切实帮助人们收集空间数据提供更为便利的条件，同时测量技术的运用与升级，也使得该项技术更能够同当前数据测量等关键性要求相互适应，从而更加符合航空摄影的发展趋势，为人们的生活提供更为便利的服务。
参考文献
[1]文启福.无人机航空摄影测量技术在大比例尺电力工程勘测中的应用探讨[J].低碳世界，2016（27）：51-52.
[2]吴定邦.浅谈无人机航空摄影测量技术在水利工程中的应用[J].江西水利科技，2016（1）：57-61.
【关键词】航空摄影；航空测量；加密措施
随着经济的发展，许多高新的计算机技术也开始应用在航空摄影测量中，比如陆地资源卫星、星载 SAR、机载激光雷达等。这些高新的技术极大的促使了航空摄影测量发展成为以空间数据为核心的加密技术处理方法。从技术上来说，这主要是以内业为主导的数据采集新模式。特别是航空摄影测量新技术，对于促进城市建设和城市发展都有极高的积极意义。当前航空摄影测量技术广泛应用于矿产勘探、城市交通等各种领域，并获得较为显著的成就。本文对当前航空摄影测量的加密措施进行了分析，并挖掘其中的逻辑和技术内涵，以期为加密措施的改进做出贡献。
1.航空摄影测量方法分析
目前航空摄影测量中最常见的三种加密措施主要有：全能法、分工法和综合法。
全能法指的是在摄影测量的过程中利用几何反转的原理，在立体测图仪内建立立体像和其缩小版的所摄地面几何模型的一种方法。在绘制过程中，还根据内方位的元素在立体的测图仪内放置像片，使摄影的光束与解密后的投影光束相近。
分工法（又叫微分法），指的是是根据平面和高程分求原则来测量的一种方法。主要使用立体量测仪来进行测量。
综合法指的是结合平板仪测量与摄影测量的一种方法。地形点的等高线与高程可以采用一般的野外测定方式来进行测绘，而地形图上的地物、地貌的平面地形则是采用像片纠正法来画出线划图与像片图。一般来讲，综合法主要适合用于测量平坦地域的大比例尺情形。
2.航空摄影测量加密措施的模型
航空摄影测量根据其测量方法的不同，有不同的加密措施，这些加密措施的基础是其对应的加密数学模型，所以需要对这些加密措施的模型进行仔细分析。
2.1常规的光束法局域网平差加密模型
常规的光束法局域网平差加密模型是在分析坐标基础上建立的一种观察模型，并对不同的坐标做详细的测量，建立独立影响的光束，算出一种加密在数字上的模板，从而建立一个完整的摄影测量模型。为保证本模型观测值的准确度，需要建立合理的相对应像点坐标，并通过建立的想点坐标来设定影像外各个防伪元素的数值。所以，在摄影测量过程里，航摄仪内部的方位元素是已知的。如果在区域网中测量的像点有不同的种类和数量，可以根据这些不同来建立有不同误差的方程。
本加密模型的理论基础是像点-投影中心-物点这三点处于一条直线上的中心投影共线方程：
（1）
式里面，x、y指的是以像主点作为原点的像平面的x轴、y轴坐标值；f指的是航摄仪的主距；X、Y、Z指的是物点的地面坐标值；XS、YS、ZS指的是影像外的方位线元素值；a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3指的是用影像外的方位角元素来表示方向余弦的值。以像点坐标作为观测值，将物方坐标与影像外的方位元素作为待定参数，若已知航摄仪内的方位元素值，可对式（1）进行线性化求解，得误差方程式：
（2）
式里面，x0、y0指的是由影像外的方位元素值与地面坐标的近似值代入到式（1）中计算得到的像点坐标值。在区域网内量测n个像点，就可以列出n组式 （2）的误差方程。如果在区域网内量测的像点有足够多时，就可以用最小二乘平差的方法来整体的估计地面坐标与影像外的方位元素值的改正数，进而得出加密点的地面坐标与影像外的方位元素值，从而实现用二维影像来反推出三维物空间点的坐标的目的。
2.2 GPS 辅助的光束法局域网平差加密模型
GPS辅助的光束法局域网平差加密模型是在常规的光束法局域平差基础上建立的，并利用了最新的 GPS手段来获取航摄仪参数以确定三维空间内的观测值大小，从而实现数据观测和传输之间平稳进行。图1表示了GPS天线的相位中心和航摄仪的投影中心之间空间偏移向量AS。
图1带GPS航摄系统的空间偏移向量
3.加密措施的试验分析
不同的模型其算法及核心均不相同，要测试各种加密措施的加密特性，需要建立一个新的加密系统才能进行分析。首先，需要以WuCAPS为基础，将数字和自动化测绘相结合，并对测量结果进行检测分析。其中有几点需要注意的问题：
（1）不同的技术参数和航摄技术都需要建立一个完整的航摄负片，利用 WuCAPS和数字测量技术完成对地图的初步自动化测绘，同时，WuCPS技术又可以将不同时间检测到的数据进行汇总整理。再利用这些数据通过DGPS和IMU观测值进行二次联合处理，这样就可以得到不同方位的元素值。这是一种基于POS系统的测量技术，也是一种实现影像外方位元素采集和加密的新技术。
（2）为获取更精确的测量数据，需要使用专业的加密措施来进行加密处理，并借助专业的模式对其加密精度进行设置。
（3）加密过程中应尽量选择小的加密模型来进行，所加密的数据需要满足相应的4D产品要求，并适应复杂的地理形势。此外，POS 辅助的光束法局域网平差加密模型包括4个高程的检查点，在对4个检查点进行测量时，不可避免会产生一些残差。因此在检测过程中，需要对其加密精度进行严格把关。
（4）不同的设备在测试范围内，要明确其周边的布点光束法局域网平差值。所有在后期需要检测的点都要有其对应的实物点，以此保证立体测量的精度。此外，还可以引入POS系统外方位的元素误差，使测量值更加靠近实际值，使得测量数据更加客观、真实。
结束语
从上文分析可知，随着摄影技术及计算机技术的发展，航空摄影测量逐渐应用于各种地质和地区的监测和绘制中，这就要求根据测量技术研发其相应的加密措施，并对各种加密措施进行分析比较，选出最合理、有效的加密办法。经过分析可知，本文所讨论的二种加密措施均可以满足我国航空测量的加密需求，但其中相关技术还需进一步发展。因此，在后续的研究与实验中，应积极运用前沿技术，不断完善航空测量加密措施，实现高精度、高准确度的航空测量。
参考文献
[1]姚丰.现代航空摄影测量加密方法[J].中国科技信息，2014，（24）：157-158.
关键词：航空摄影测量；外业调绘；方法；措施
Abstract: This paper analyzes and put forward to surveying and mapping work improvement measures on the existing problems in surveying and mapping production process, operation method, existence.
Keywords: aerial photogrammetry; investigation; method; measures
中图分类号：P25 文献标识码：文章编号:
引言：
航测外业采用计算机屏幕像对立体采集地物数据, 内业直接对外业矢量数据进行微分纠正, 在计算机“地物自动识别系统”开发成功并真正能在我国实现生产以前, 内业数字摄影测量系统主要完成DEM的生产和对个别坡度过陡的局部地物进行修测, 是我国现阶段国情下, 在国家基础地理信息采集中较恰当的“航测内外业一体化”途径。
1现行外业调绘生产流程分析
航测外业调绘是航测工作的一个重要流程，我局经过几年的技术改造，初步形成了内外业一体化成图体系，工作模式为： 根据项目要求对航测数字化测图范围进行航空摄影，生成摄影负片。对负片进行扫描，生成扫描影像TIF文件。内业扫描完的影像文件由内业作业员进行加密，形成空三加密成果。内业测图人员根据加密成果构成单个的立体像对进行测图，进行内业预判。同时制作过渡DOM。将内业预判的成果与过渡DOM 叠加，打印形成外业调绘用的调绘底图。作业员持调绘片到实地进行外业调绘，用不同的符号和颜色标注不同类型的地物、居民地名称、植被等。外业调绘结束后回驻地或单位在计算机上进行调绘成果整理。再通过打印、自查、修改，直至二查结束，打印形成最终的“调绘片”。
可以看出，（1）数字摄影测量基本上还是内业测图，在外业调绘中没有发挥作用；（2）在外业的每一个作业或检查过程中，要反复打印调绘片，一方面打印成本高，另一方考虑调绘成果的保密原因，不能在测区的非单位的绘图仪上输出，且大幅面绘图仪运输到测区也不可行，因此一般采用回单位进行打印输出，因此存在成本高、耗时长，影响工效的问题。
2作业方法(内业和外业)
2.1 内业初步判读。内业初步判读解译的基本原则。
2.1.1准确性:指位置、轮廓、性质、方向要准确。
2.1.2完整性:一是资料的完整;二是解译内容要完整,接边准确,不能出现漏接、、性质不同不接;三是主要地物,新增地物不得遗漏。
2.1.3合理协调性:是指综合取舍要合理协调。各种地物地貌关系要合理清楚,主次接明错分。
2.1.4统一性:各作业员、作业组要统一标准、统一符号、统一说明注记。
2.1.5图斑编号规定:以每幅图为单位,从左向右,从上往下,采用连续编号,如1号、2号、3号,在编号的过程中,图斑界线未变化,但地类变化,应另行编号。
2.2 外业调绘
2.2.1外业调绘技术路线采用以下技术和流程
1）采用“由点到面”,先作小区试验,取得经验后,全面推开作业。
2）在工作流程中,外业调查与调绘工作同时进行,工序衔接按一定条件作穿插作业。
3）外业数据采集运用闭环系统作业方法,以确保数据的正确性和可靠性。
2.2.2外业准备工作
1)人员准备。建立外业调查队伍。设立组长、调查员、检查员等。在工作前要做好外业工作实施方案的制订、评审和人员培训。
2)资料准备。①土地详查及历年变更调查资料:土地利用现状图、数字正射影像图、外业调绘记载手薄、面积量算记载表、境界、权属界协议书等,该复印的要复印,不需要复印的,要从档案室借来备查,有些是随时要查的。②其他资料:建设用地审批资料、土地开发复垦整理资料、农业结构调整资料、行政区域调整资料、制作调查表格。
3)工具准备。调绘包(工具袋):放大镜、皮尺、钢尺、分规、三角板、绘图墨水、方格纸、透明纸、绘图铅笔、平板仪等。有条件的,可配备GPS等专门的测量仪器。
2.2.3外业测量方法
1）简易补测法:比较法(目视法)、截距法、延长线截距法、距离交会法、直角坐标法和间接补测法；平板仪补测法:极坐标法、前方交会法、侧方交会法和后方交法；调绘补测法；仪器补测法。
2）简易直接补测法是地物补测的常用方法。一般使用钢尺或皮尺、圆规、三角尺等简单测量工具,将地物补测到调查底图上的方法有比较法、截距法、距离交会法、直角坐标法、延长线截距法等。简易间接补测法是利用收集的与补测地物有关的图件资料,如设计图、竣工图等,将图件资料上的有关调查内容,采用透绘法、转绘法等方法,标绘在调查底图上。主要适用于已有相关资料的地区。标绘后必须对其标绘内容进行实地核实确认,当与实地的位置、界线一致时,予以确认;不一致时,按实地现状进行修改后确认。
3）仪器补测法指利用平板仪、全站仪、GPS等仪器设备,进行地物补测的方法。该方法适用于补测地物范围大、不规整及用简易补测法无法补测情况。对于大型新增线状地物,如高速公路、铁路、工矿企业等,一般应采用仪器补测法。当新增地物四周有与影像对应的明显地物点作为控制时,将平板仪直接安置于明显地物点进行补测;当新增地物四周没有与影像对应的明显地物点作为控制时,应首先采用相应的测量技术,在新增地物四周,均匀布设能够满足补测需要的若干控制点,再将平板仪安置于控制点上进行补测。
3外业调绘工序流程存在的问题
外业调绘是航测数字成图的主要工作之一，由于长期受人工干预的限制，至今没有得以较大改进，人为地增加了作业过程，平添了人为误差产生的机率，影响了最终成果的精度与质量。这也是长期困扰航空摄影测绘工作的一个急需解决的关键问题。这种作业模式由于是在传统调绘方式上发展起来的，难免还存在着如下一些缺陷：
3.1投入人员、设备较多，增加施工成本，工作效率和经济效益低下；
3.2工序繁多，增大了人为误差的产生，从而降低了成果成图的精度；
3.3工序流程的划分，延长了施工周期，增加了劳动强度；
3.4人工参与的环节过多，自动化程度较低，影响了劳动效率。
4外业调绘作业改进的措施
根据外业调绘工作流程所存在的问题，结合当前微机、软件等技术的发展状况，针对性地加以改进，使外业调绘工作自动化程度更高，减少外业工作的劳动强度和施工环境。
目前对外业调绘工序改进完善的时机和条件均已成熟，只要有一种设备能够现场完成外业调绘内容的输入，并具有图形编辑的初步功能即可实现外业调绘一体化作业。因此改进后的外业调绘工艺流程如图所示：
基于此种设想，外业工作所需要的硬件设备可以采用掌上电脑，即目前应用非常广泛的“PDA ”。
PDA 最大的特点就是它们有其自身的操作系统，一般是采用嵌入式Window CE，功能强大。它一般没有键盘，采用手写和软键盘输入方式，同时配备有标准的串口、红外线接入方式并内置有MODEM，以便于个人电脑连接和上网。掌上电脑和前面的产品最大的区别，就是其应用程序的扩展能力。基于各自的操作系统，任何人可以利用编程语言开发相应的应用程序。因此，它的出现深受测绘界的关注，同时由于其在硬件上具有待机时间长，体积小，集成功能强等特点，被广泛应用于测绘外业工作，是理想的笔记本电脑外业施工的替代品。
对于在“PDA”上开发的软件系统要求具有如下特点和基本功能：
1）操作的菜单式界面，操作流程化，便于学习掌握；
2）系统要具有基本的图形编辑、修改、注记、和分层等功能；
3）数据存储格式要求通用化，与其他图形软件能够交换共享；
4）汉化的菜单、命令提示，编程语言标准化；
5）设有数据通讯端口，方便与其他测绘仪器、设备进行数据交换。
关键词：航空摄影测量 POS系统 误差 应用
中图分类号：P23 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（b）-0005-04
20世纪90年代，GPS（Global Position System，全球定位系统）辅助空中三角测量的方法得到了广泛应用，利用GPS获得的定位信息用来辅助空中三角测量，展现了导航技术在测绘领域的应用前景。GPS技术虽然解决了像片的定位问题，但是无法获取像片的姿态参数，不能彻底摆脱地面控制。随着航空摄影测量技术和惯性导航技术的发展，一种新的方法开始应用于航空摄影测量――定位定向系统（Position and Orientation System，简称POS系统）辅助航空摄影。机载POS系统集GPS技术与惯性导航技术于一体，使准确地获取航摄相机曝光时刻的外方位元素（GPS测量得到位置参数，惯性导航系统得到姿态参数）成为可能，从而实现了无（或少量）地面控制点，甚至无需空中三角测量加密工序，即可直接定向测图，从而大大缩短航空摄影作业周期、提高生产效率、降低成本。因此，POS系统的出现，将从根本上改变传统航空摄影的方法，进而引起航空摄影理论与技术的重大飞跃。随着计算机技术的发展及其惯性、GPS器件精度水平的提高，POS无论定位定向精度还是实时数据处理能力都会有质的提高，将会在航空摄影测绘方面发挥越来越重要的作用。POS系统高精度定位定向技术是POS系统应用的关键技术，它的研究可以极大的推动POS系统的发展。
1 POS系统结构组成
POS系统本质上集惯性导航技术与 DGPS（Differential GPS，差分GPS）技术一体，主要硬件组成部分包括惯性导航系统、DGPS与POS系统计算机系统，POS还包含一套事后处理软件用于融合数据事后处理，其组成示意图如图1所示。
其中DGPS通过用户与基站GPS接收机提供实时差分GPS定位信息，惯性导航系统提供载体实时角速度与加速度信息，通过POS计算机系统实时信息融合得到载置、速度、姿态等导航信息，同时POS系统采集惯性导航系统与DGPS的数据信息利用POS系统事后处理软件得到载置、速度、姿态等导航信息。下面对其中最重要的惯性导航系统和卫星导航系统进行研究，最后对其POS计算机和事后处理软件进行简单介绍。
1.1 惯性导航系统
惯性导航技术是以牛顿力学定律为基础，利用一组加速度计测量载体的加速度，利用一组陀螺仪测量载体的角运动，经过积分运算求解载置、速度和姿态信息的技术。根据惯性导航原理在物理平台中的实现，称为惯性导航系统，依据有无实际物理平台可分为平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统。与平台式惯导系统相比，捷联式惯性导航系统以数学平台代替了惯性物理平台，因而结构简单，平台，体积、重量和成本大大降低，因此目前已经在各类导航设备中广泛应用。
捷联惯性导航系统解算原理如图2所示。捷联惯性导航系统和平台惯性导航系统的区别在于捷联惯导系统利用陀螺仪的输出实时计算姿态转移矩阵（即“数学平台”）和姿态角，其他的解算则与平台惯性导航系统一致。捷联惯性导航系统中，陀螺仪和加速度计的组合体通常称为惯性组件（Inertial Measurement Unit，IMU），IMU对系统而言是开环的，仅仅起到了惯性传感器信号输入的作用，并没有对IMU进行反馈控制，所有的信号处理在计算机内实现，因此实现方便。
由图2中可看出，捷联惯性导航系统的核心是导航计算机实现的惯性平台，即“数学平台”。数学平台是用陀螺测量的载体角速度进行姿态矩阵解算，从姿态矩阵中可以得到实时姿态角信息，并用姿态矩阵将加速度计输出从机体坐标系变换到导航坐标系，然后进行导航解算。
目前捷联惯性导航系统发展比较成熟，尤其是高精度激光、光纤陀螺的出现与逐步成熟，促使捷联惯性导航系统越来越成为航空载体的主流配置，POS系统采用捷联惯性导航系统，便于与航摄相机集成安装，也便于内部器件的维护与更新。但是，惯性导航系统受工作原理所限，导航参数误差随时间发散，长期稳定性较差，故需要其他导航系统对其进行校正，卫星导航系统因其高精度与稳定性好成为POS系统的首选。
1.2 卫星导航系统
卫星导航系统，即GPS是美国国防部联合海陆空三军研制的导航系统，由空间导航卫星部分、地面监控部分和用户接收机三部分组成。它具有全天候、高精度、自动化、高效益、性能好、应用广等显著特点，能够实时地提供三维的位置、速度和GPS时间等信息。
GPS定位的基本原理是以GPS卫星和用户GPS接收机天线之间的空间距离作为观测量，根据已知的GPS卫星空间坐标，可以确定用户GPS接收机天线的空间位置。GPS定位方法的实质是以星地空间距离为半径的三球交汇，因此，在一个测站上，需要3个卫星到接收机天线的距离观测量。其定位原理如图3所示。
GPS导航与无线电导航类似，采用单程测距原理，卫星钟和接收机钟无法保持严格的同步，所以GPS实际的观测量并不是用户接收机天线至卫星之间的真实距离，而是含有卫星钟和接收机钟同步误差的距离，因此又称为伪距。当然，卫星钟差是可以通过卫星导航电文中所提供的相应钟差参数加以修正的，而接收机的钟差，准确测定非常困难，所以，必须将接收机的钟差作为一个未知量与用户三维位置在数据处理中一并解出。因此，在一个观测点上，为了实时求解4个未知参数（3 维空间坐标及一个GPS接收机钟差），至少需要同步观测4颗卫星。
1.3 POS计算机与事后处理软件
在POS系统中，POS计算机系统（POS computer system，PCS）中实时运行以及在事后处理软件中的INS/DGPS组合算法是POS系统的核心部分。POS系统中其他模块如IMU和DGPS都需要以POS计算机系统为硬件平台，通过软件算法来完成；用户对POS系统的操作和控制也需要通过POS计算机系统来完成。
市场上POS产品POS计算机系统的特点与POS应用航空摄影的背景，POS计算机系统有如下特点：
（1）从性能上看，POS计算机系统必须具备强大的计算能力。POS计算机系统需要实时接收并储存IMU和GPS数据、实时对数据进行处理运算，对POS计算机系统提出了较高的要求。
（2）从功能上看，POS计算机系统必须具备强大的导航器件兼容性。目前导航器件无论从精度、性能、数据格式等方面都不一样，导航计算机需要在条件允许的情况下对不同的器件给出不一样的处理方案供用户选择，另外POS计算机系统需要满足系统控制、输出和功能的扩展。
（3）从环境适应性上看，POS计算机系统必须具备良好的抗震性能。POS系统辅助航空摄影，高机动是其环境的主要特点，同时其外形尺寸和功耗也需要严格限制。
事后处理软件顾名思义就是事后离线处理算法软件，对惯性导航系统采集的IMU数据与GPS系统采集的DGPS数据进行事后处理，经过系统解算可获取高精度像片外方位元素。利用航空摄影中应用广泛的Applanix POS/AV 510自带事后处理软件POSPac对事后处理流程进行说明，其流程如图3所示。
2 航空摄影应用中的POS系统主要误差分析
机载POS系统辅助航空摄影无论从系统器件精度、集成安装或其它机动物理特性等环节都不可避免存在误差，这些误差会影响POS系统的性能，所以必须对其误差进行分析。机载POS系统的误差源主要有：惯性导航系统误差，卫星导航系统误差，时间同步误差。
2.1 惯性导航系统误差
对惯性导航系统误差分析的目的在于，通过分析确定各种误差因素对系统性能的影响，对POS系统采用惯性器件提出精度要求，尤其是陀螺的精度要求；另外一方面，通过对惯性系统误差分析，可以对POS系统的工作情况和器件质量进行评价。惯性导航系统误差根据其误差产生的原因和性质，大体上可以分为以下几类：
2.1.1 IMU仪表误差
IMU仪表误差是指惯性器件陀螺和加速度计的误差，有静态误差和动态误差两个方面。陀螺误差包括由陀螺常值漂移和随机漂移等引起的误差，以及陀螺温度特性引起的误差等；加速度计误差包括随机漂移和温度特性引入的误差等。动态误差主要是指由于载体机动对惯性器件的影响带来的误差。这是惯性导航系统的主要误差源，对于IMU确定性误差需进行补偿，对于随机性误差需要建立合适的误差模型来减小其误差。
2.1.2 初始对准误差
惯性导航系统在进行导航解算前必须进行初始对准，由于输入的初始位置、初始速度不准确引起的初始姿态不准确造成的误差就是初始对准误差。初始对准为后续导航解算给出数学平台基准，所以必须尽量减少初始对准误差。
2.1.3 计算误差与运动干扰误差
计算误差包括数字量化误差、参数设置误差、计算中的舍入误差等。运动干扰误差主要是冲击和震动等造成的误差。这些误差也是影响捷联惯性导航系统精度的重要因素，必须设法消除或削弱。
惯性导航系统误差是POS系统的重要误差源，是POS系统获得高精度姿态方位信息的关键，目前针对具体的误差形式，研究精确的数学模型是减小惯性导航系统误差的主要方法。
2.2 卫星导航系统误差
GPS因为其观察时间短、定位精度高的特点，在测绘领域展现了巨大的应用前景。但是GPS也有许多与生俱来的缺点限制了它的应用，其中GPS误差就是其高精度定位主要影响因素。目前引起GPS误差的因素有很多，主要来源包括以下几部分：
（1）GPS卫星有关的误差，主要有卫星时钟误差、卫星星历误差、SA误差等；（2）GPS信号传播有关的误差，主要有电离层的附加延迟误差、对流层的附加延时误差和多路径误差等；（3）接收机设备相关的误差，主要包括观测误差、接收机钟差、天线相位中心误差和载波相位观测的整周不定性影响等。
针对GPS影响较大的误差源具体分析如下所示：
2.2.1 卫星时钟误差
GPS系统是通过测量卫星信号传播时间来测距的，时钟的误差将直接变成测距误差。GPS系统中各卫星钟要求互相同步并与地面站同步，即使采用原子钟计时也不可能绝对稳定，而是存在着漂移。接收机可以通过接收卫星导航电文中钟差参数直接对卫星时钟误差进行改正。
2.2.2 卫星星历误差
GPS卫星星历提供的卫星空间位置与实际位置之差称为星历误差。星历数据由地面监控站注入卫星，而监控站对卫星测量的误差、卫星运动时的摄动因素等都会造成星历中存在误差，其误差一直存在，无法消除。
2.2.3 电离层与对流层折射误差
卫星发射电波到达地面接收机，必须穿过电离层与对流层才能到达GPS接收天线。电磁波在不同介质中得传播特性是不同的，电波电离层与对流层会发生折射，从而产生延时误差。对流层折射误差是指非电离层大气对电磁波的折射。对这种折射误差一般需要建立电离层与对流层模型加以改正，目前GPS接收机中一般都有误差改正模型。
2.2.4 多路径效应误差
[关键词]数字航空摄影，数字航空测量，数据处理，关键技术
中图分类号：V412.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0348-01
引言
随着陆地资源卫星，星载SAR计算机水平的迅猛发展，使航空数字摄影测量技术有传统的野外测量的单一方式，发展为现在的内外结合的数据采集方式。本篇文章根据对近几年的数字航空摄影测量技术的研究，主要探讨了数字航空摄影测量技术当前的发展水平，以及今后的发展方向，这项技术的主要应用领域等等。进一步分析了数字航空摄影测量技术数据处理的关键技术和关键难点等。
1 数字航空摄影测量技术的发展和应用领域
1.1数字航空摄影测量技术的发展
数字航空摄影测量技术仍然处于发展的新生阶段，是随着计算机水平发展以及航空航天事业的不断进步而逐渐成长起来的一门新兴学科。他的主要原理就是利用计算机代替“人眼”，使得数字航空摄影测量无论是在理论体系框架，还是在基本科学实践中都象征着先进科学技术的发展。这种技术的发展使得传统的胶片摄影技术终将被数字摄影技术所取代，数字航空摄影测量技术的研究已经成为当前航空遥感事业研究中的热点话题和必然发展趋势。
自从二十一世纪初期的航空相机的问世，ADS40推扫式航空摄影仪，UCD航空摄影仪和SWDC数字航空摄影仪也在不断的涌现，加之近几年逐渐流行于大众群体之间的GPS卫星定位技术，数码扫描技术以及激光扫描技术等高精尖技术的密切结合，大量出现了类似于基于GPS的辅助航空摄影测量等技术。当前是新时代，新科技的发展时期，所以当下已经阻止不了数字航空摄影测量技术的发展了。
1.2数字航空摄影测量技术的应用领域
数字航空摄影测量技术的应用十分之广泛，无论是在地质测量还是在地质地理信息的获取，无论是在资源环境的管理还是在农林业地理信息的获取，城市建筑工程，能源开采工程，水利水电工程，还有现今的汽车行业等，都有很全面的应用。
2 数字航空摄影测量数据处理的关键技术
2.1空中三角的加密技术
空中三角的加密技术在数字航空摄影测量技术中扮演者十分重要的角色，而且专业技术水平的要求很高。主要是应用 VirtuoZoAAT+Pat-B 自动空中三角加密模块，将数码航空影像作为空中三角加密的原始数据，应用平差软件进行光束法的区域平差处理，通过内定向、公共连接点转刺、相对定向等航空影像测量外业测量控制点的数据成果与POS数据导入系统并按照严密的数字平差模型对其进行区域整体平差。从而得到加密后的外方位元素与加密成果，加密分区间必须要接边，而且作业完成以后还要填写相关的简历报告，输出作业说明，加密点的分布略图等数据，检查点坐标，大地定向，接边点坐标以及检验报告等。
2.2数字正摄影成像（DOM）的数据生产
本篇论文主要研究的是数字正摄影成像数据的产生、建立、修补等相关工作。
1）DOM数据生产技术的路线
采用Virtuozo全数字摄影成像摄影工作站制作1：1000的DOM，并在工作站系统中导入空中上三角加密恢复测区并建立立体像。利用生产区域DEM（数据高程模型）数据的特点，特征线参与计算修改生成数据高程模型，利用数据高程模型的数据对原始影像进行数字微分纠正，运用自动生成的镶嵌线对整个测区模型的正射影像进行无缝拼接，完成DOM的数据生产，
2）数据高程模型（DEM）的生产
利用空中三角加密成果，自动生成测区的立体模型以及参数文件，生成核线影像。DEM数据采集时，应用影像自动相关技术生成DEM点或者视差曲线，并且在视差曲线编辑中保持合理的时差曲线间隔。DEM或者视差曲线应该切准地面，从而真实的反映出地势形态，保证数字航空影像测量技术的准确可靠性。
3）数据高程模型（DEM）的建立，根据加密点直接按照区域生成大范围区域数据高程模型，并通过引入的特征点，特征线，以及特征面等数据生成三角网，进行插值计算，最后按照规定的网格间距建立数据高程模型。
4）数字正摄影图像（DOM）的生产
应用数据高程模型的数据对原始的影响进行数字微分纠正，按照分区对测区内影响以像元大小为0.1米进行双线性内插，或者三相卷积内插法进行重新采样，生成分区数字正摄影图像，再利用自动生成的镶嵌线对整个测区的分区DOM进行无缝拼接，最终完成DOM的生产。
5）数字正摄影图像的检查修补
对数字正摄影进行检查，看看是否失真或者变形，特别是高大房屋、道路、桥梁、是否出现房屋重影，房角拉长，桥梁扭曲变形，道路扭曲变形等现象。如果出现数字正摄影失真或者变形现象的发生，应该重新采集数据高程模型，重新进行数字微分纠正，保证数字正摄影的准确无误。
6）影响的匀色
为了保证镶嵌无缝拼接后的数字正摄影成像色彩一致，均匀。针对航空摄影过程中所出现的色差问题，可以对生成的数字正摄影图像进行单影像色彩调整 或者多影像色彩均衡的色彩纠正。根据标准图样，对数字正摄影进行全自动色彩调整平衡处理，确保最终的数字正摄影图像整体色彩一致均匀，即图像纹理要清晰，影像的层次感要丰富，影像色彩要没有失真情况，影像反差要适度，影响色调饱和度要符合要求不同图幅间的色彩过渡要自然而且色调要一致。
总结
当前的数字航空摄影测量技术正是蓬勃发展的阶段，而且逐渐趋于成熟，特别是高科技数码相机的发展，对数字航空摄影测量技术的数字化发展提供了可靠的依据，由于数码相机在技术方面还有不符合数字航空摄影测量技术的方面，所以，导致数码相机的技术不能直接应用在数字航空摄影测量技术中。数字航空摄影测量技术还存在着很多困难的地方，所以在先进的研究中我们要针对数据处理的关键技术进行研究，破解技术方面的难题，对数字航空摄影测量数据处理关键技术的研究有着空前的历史意义。
参考文献
（河南省中纬测绘规划信息工程有限公司 河南 焦作 454000）
【摘要】从航空影像数据预处理、外业像控测量与空中三角测量之间数据的有效衔接、数字摄影测量工作站的数字产品制作等几个主要方面总结不同的作业方法，分析不同作业模式下对最终成图的精度影响，最终形成一套内外业衔接紧密、作业模式灵活、成果精度较高的数码航空摄影测量作业方案，从而为数字城市建设提供可靠的基础地理信息数据。
关键词 数字航空摄影测量；测图精度；内外业一体化；像控测量
1.研究的背景与意义?
1.1数字航空摄影测量是工程测量发展的趋势。
随着测绘技术、信息技术和计算机技术的迅速发展，航空摄影测量技术也有了前所未有的发展和进步，与传统的全野外测量相比，航空摄影测量具有获取地理空间信息快、成本相对较低、且不受区域限制等优势，一直受到世界各国政府的高度重视，短短几十年间得到了迅猛发展，占据了对地观测领域的主导地位，在全球基础测绘、重点地区详细测绘和局部地区精确测绘中得到了广泛应用。?
1.2与传统测绘相比优势。
随着国家经济的快速发展，地表自然环境和人文地理日益错综复杂，地理信息的变化速度日趋加快，给地形图测绘及更新增添了难度。因此，采用合理的测绘手段，全面、高效并高精度地获得地理信息数据是测绘的一个发展方向。就现有的测绘手段而言，航测在多方面具有明显的优势，其与传统测绘相比有以下几点优势：?
（1）工期优势：地面测量的作业模式依靠人力和设备对地表信息逐点进行野外采集，几乎所有工作量都在野外完成。航测的作业模式依靠航飞获取地表信息，绝大部分工作量在室内完成，不受天气、交通等自然条件影响，工作效率较高，能大幅度缩减工期。?
（2）产品优势：地面测量的产品通常只有线划图。航测有DLG、DEM、DOM等多种产品，并且航测产品可大范围成图，我们可以充分利用大范围的航测产品减少现场踏勘工作。另外，种类多的航测产品提供了充足的空间数据资源，其重复利用率明显高于传统测绘。?
（3）成本优势：航测较传统测绘，能节约大量的人力、物力及作业时间，这在一定程度上能够降低地形图测绘的成本。
2.研究的技术方案?
课题以"数字焦作地理空间框架建设项目"作为研究具体实施项目，采用了JX4、Geolord-AT、Photoshop、CAD等多种专业软件，研究具体实施方案贯穿航测项目整个实施流程，其具体实施的技术方案如（图1）。
3.研究的过程与成果?
3.1航测内业作业流程的优化。?
3.1.1数字城市航空摄影测量作业流程（见图2）：?
3.1.2上述的航测内业作业流程整体是正确的，在数字城市项目实施的过程中，能够指导作业。但是，在作业过程中发现了一些问题：?
（1）该流程中的各个步骤之间，缺少必要的质量检查步骤，若前一流程作业成果出现了问题，便会延续到下一流程，依次传递。使得后期修改时，不得不整体修改，增加了修改的工作量；?
（2）流程前期还缺少一些必要的步骤，影响了后期项目开展的效率，如前期没有进行影像预处理，使得后期DOM的制作和处理的工作量大大增加。?
（3）最后成果质量缺少项目组内部的检查流程，直接进行了检查验收；
为了弥补上述作业流程中存在的这些问题，查阅了相关的规程规范，结合实际的作业经验，并依据上述问题，分析概括了流程中要补充的步骤，如：航空影像的检查与预处理、测区区域的划分、数据的初采集和精度的初检查等；并通过实验分析，最终形成了一套重点突出、局部细化的航测内业作业流程，如图3：?
3.2航空影像数据检查与预处理。?
3.2.1航空摄影由国家测绘地理信息局统一安排飞行，数字航摄，彩色影像，gps导航，航线沿测区东西方向敷设。最终的影像包括：TIFF格式的数字影像和彩色照片影像。?
3.2.2虽然航摄单位提交的影像资料，已经经过加工处理，并通过了检测单位的检验，但是，由于航测软件对影像要求以及影像自身质量原因会影响到数据处理，对影像的检查和预处理是航测必不可少的步骤。?
3.2.3下面是数字城市项目中发现的一些问题：?
（1）影像的色调及亮度/对比度不均匀，或清晰度不够等现象；?
（2）航摄单位提交的影像分辨率、影像像幅大小不正确；?
（3）个别影像不是真实方向。?
3.2.4这些问题会影响到立体模型建立，或者影响到立体模型绝对定向时控制点选点的精度，从而影像到立体模型的精度，不利于后期3D数据的制作。因此，我们展开了以下研究。?
3.2.4.1研究内容一：
针对上述存在的问题，我们列出了对应的影像检查内容，增加了影像之间的对比检查，以便影像能更好的拼接。主要有以下几点：?
（1）确保每幅影像的分辨率正确；?
（2）确保单幅影像的真实方向，保证各幅影像间方向一致，满足航向重叠度在60%以上，旁向重叠度在15%以上的要求；?
（3）借助Photoshop图像处理功能，做好影像色彩处理工作，保证整体影像色调基本一致，并控制影像文件的大小。
我们将这些内容列入到了影像预检检查表中。?
3.2.4.2研究内容二：
针对JX4对影像像幅及影像质量的要求，重点研究了影像处理的要点，同时，结合数字城市项目影像处理的经验，并反复试验，形成了影像处理的流程及基本方法。
影像预处理使用软件是Photoshop，通过实验总结，形成了一套调色作业方法，收录在《航测内业作业指南》中，并录制了调色工具讲解视频。?
3.3测区的区域划分。?
3.3.1我们在数字城市项目中，由于项目开展的需要，我们测区划分区域方案为：测区北部主要采用的是分航带进行划分的办法；测区南部小区域内进行了分块划分。?
3.3.2在项目开展后期，我们发现，测区的划分对DOM成果接边有着较大的影响，下面是我们进行的研究分析：?
3.3.2.1接边复杂度的比较。?
（1）在数字城市项目开展过程中，我们发现由于不同单幅影像拍摄角度不同，会造成影像中高大建筑物及其他有高度地物在影像上的倾斜方向不一样的现象，这样就使得DOM影像之间接边时常常会有地物接不上的情况，如图4：?
（2）若是航带之间接边，即旁向接边。由于两作业区分别选用的两条航线的影像，那么接边处将都会是图上所示情况，而旁向重叠区域较小，应用影像二次镶嵌、影像贴图等方式处理起来比较麻烦；?
（3）若是航线内部接边，即航向接边。有时接边处会采用同一张影像，就不会出现接边问题；有时会有图示问题，但由于航向重叠区域较大，应用影像二次镶嵌、贴图等方式处理起来也比较方便。?
（4）结论：我们应尽量减少航带之间的接边，以减少接边的复杂程度，即尽量不采用航带区域划分，而采用分块区域划分法，他可以有效减少航带之间的接边区域，减轻接边的复杂程度。?
3.3.2.2接边边长大小的比较：?
（1）我们将含有10行10列1：1000标准分幅图的区域，分给四个作业员进行分区域作业，标准分幅的边长为500m，分别采用航带区域划分和分块区域划分两种方式进行了作业区域的划分，都分成了四小块。
分块法区域划分（见图5）：?
（2）航带法区域划分：
经过计算分析，航带法的接边边长要比分块区域划分方法接边边长长了5000m，也就是接边工作量要比分块区域划分法大。?
（3）结论：合理的分块区域划分法能有效的减少区域之间的接边边长，减少接边的工作量。
4.成果的整理与编制?
4.1文档成果。?
（1）《航测内业作业指南》。
里面收录了航测项目前期数据的准备、各个流程作业方法、空三加密作业方法、单模型定向方法、3D数据采集方法和3D数据采集作业经验等内容。?
（2）《航空摄影测量与遥感基本教材》。
里面收录了航空摄影测量的基本理论知识、常用航空摄影仪的特点、遥感基础理论知识、常用遥感卫星简介等内容；?
（3）数字测绘成果质量检查体系。
制定了《数字测绘成果的基本检查办法》，设计了5种质量检查表。包括3D数据质量检查表，里面给出了成果质量评分标准与质量等级评定标准；还包括影像预检检查表和像控测量成果检查表。?
4.2视频成果。
组织作业人员录制了各类作业视频共18个。包括空三模型定向、非空三模型定向、矢量数据采集、DEM制作、DOM制作、影像调色以及影像接边处理等作业视频。
5.展望与建议?
（1）随着航测技术的发展及航测软件的不断更新，我们需要不断学习新知识，了解行业新动态，及时对研究成果进行更新和总结。?
（2）摄影测量领域除了航空摄影测量，还包括航天卫星遥感测量和轻小型低空摄影测量。其中，航天卫星遥感，主要适用于大范围、宏观以及中小比例尺国家基础测绘数据的获取，轻小型低空摄影测量技术手段具有机动灵活、响应快、成本低、时效性强等特点。虽然，这两种航测方式目前难以满足大比例尺测图的要求，但随着相关技术的发展，其应用领域也日益广泛。我们要结合公司的生产实际，拓展研究思路，将摄影测量技术应用于公司的日常生产业务中。
参考文献
［1］赵磊，张森，尹志强，张嘉琛.ADS40数字航空摄影与传统航空摄影之比较［J］.城市勘测.2009(02).
［2］王小平，唐剑，郑团结.微型无人数字航空摄影系统的设计与实践［J］.测绘技术装备.2006(01).
［3］曹銮.数字航空摄影有关技术的分析探讨［J］.四川测绘.2007(06).
［4］黄琳云.关于框幅式数字航空摄影成果质检方法的探讨［J］.江西测绘.2013(02).
1 POS系统结构组成
POS系统本质上集惯性导航技术与 DGPS（Differential GPS，差分GPS）技术一体，主要硬件组成部分包括惯性导航系统、DGPS与POS系统计算机系统，POS还包含一套事后处理软件用于融合数据事后处理，其组成示意图如图1所示。
其中DGPS通过用户与基站GPS接收机提供实时差分GPS定位信息，惯性导航系统提供载体实时角速度与加速度信息，通过POS计算机系统实时信息融合得到载置、速度、姿态等导航信息，同时POS系统采集惯性导航系统与DGPS的数据信息利用POS系统事后处理软件得到载置、速度、姿态等导航信息。下面对其中最重要的惯性导航系统和卫星导航系统进行研究，最后对其POS计算机和事后处理软件进行简单介绍。
1.1 惯性导航系统
惯性导航技术是以牛顿力学定律为基础，利用一组加速度计测量载体的加速度，利用一组陀螺仪测量载体的角运动，经过积分运算求解载置、速度和姿态信息的技术。根据惯性导航原理在物理平台中的实现，称为惯性导航系统，依据有无实际物理平台可分为平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统。与平台式惯导系统相比，捷联式惯性导航系统以数学平台代替了惯性物理平台，因而结构简单，平台，体积、重量和成本大大降低，因此目前已经在各类导航设备中广泛应用。
捷联惯性导航系统解算原理如图2所示。捷联惯性导航系统和平台惯性导航系统的区别在于捷联惯导系统利用陀螺仪的输出实时计算姿态转移矩阵（即“数学平台”）和姿态角，其他的解算则与平台惯性导航系统一致。捷联惯性导航系统中，陀螺仪和加速度计的组合体通常称为惯性组件（Inertial Measurement Unit，IMU），IMU对系统而言是开环的，仅仅起到了惯性传感器信号输入的作用，并没有对IMU进行反馈控制，所有的信号处理在计算机内实现，因此实现方便。
由图2中可看出，捷联惯性导航系统的核心是导航计算机实现的惯性平台，即“数学平台”。数学平台是用陀螺测量的载体角速度进行姿态矩阵解算，从姿态矩阵中可以得到实时姿态角信息，并用姿态矩阵将加速度计输出从机体坐标系变换到导航坐标系，然后进行导航解算。
目前捷联惯性导航系统发展比较成熟，尤其是高精度激光、光纤陀螺的出现与逐步成熟，促使捷联惯性导航系统越来越成为航空载体的主流配置，POS系统采用捷联惯性导航系统，便于与航摄相机集成安装，也便于内部器件的维护与更新。但是，惯性导航系统受工作原理所限，导航参数误差随时间发散，长期稳定性较差，故需要其他导航系统对其进行校正，卫星导航系统因其高精度与稳定性好成为POS系统的首选。
1.2 卫星导航系统
卫星导航系统，即GPS是美国国防部联合海陆空三军研制的导航系统，由空间导航卫星部分、地面监控部分和用户接收机三部分组成。它具有全天候、高精度、自动化、高效益、性能好、应用广等显著特点，能够实时地提供三维的位置、速度和GPS时间等信息。
GPS定位的基本原理是以GPS卫星和用户GPS接收机天线之间的空间距离作为观测量，根据已知的GPS卫星空间坐标，可以确定用户GPS接收机天线的空间位置。GPS定位方法的实质是以星地空间距离为半径的三球交汇，因此，在一个测站上，需要3个卫星到接收机天线的距离观测量。其定位原理如图3所示。
GPS导航与无线电导航类似，采用单程测距原理，卫星钟和接收机钟无法保持严格的同步，所以GPS实际的观测量并不是用户接收机天线至卫星之间的真实距离，而是含有卫星钟和接收机钟同步误差的距离，因此又称为伪距。当然，卫星钟差是可以通过卫星导航电文中所提供的相应钟差参数加以修正的，而接收机的钟差，准确测定非常困难，所以，必须将接收机的钟差作为一个未知量与用户三维位置在数据处理中一并解出。因此，在一个观测点上，为了实时求解4个未知参数（3 维空间坐标及一个GPS接收机钟差），至少需要同步观测4颗卫星。
1.3 POS计算机与事后处理软件
在POS系统中，POS计算机系统（POS computer system，PCS）中实时运行以及在事后处理软件中的INS/DGPS组合算法是POS系统的核心部分。POS系统中其他模块如IMU和DGPS都需要以POS计算机系统为硬件平台，通过软件算法来完成；用户对POS系统的操作和控制也需要通过POS计算机系统来完成。
市场上POS产品POS计算机系统的特点与POS应用航空摄影的背景，POS计算机系统有如下特点：
（1）从性能上看，POS计算机系统必须具备强大的计算能力。POS计算机系统需要实时接收并储存IMU和GPS数据、实时对数据进行处理运算，对POS计算机系统提出了较高的要求。
（2）从功能上看，POS计算机系统必须具备强大的导航器件兼容性。目前导航器件无论从精度、性能、数据格式等方面都不一样，导航计算机需要在条件允许的情况下对不同的器件给出不一样的处理方案供用户选择，另外POS计算机系统需要满足系统控制、输出和功能的扩展。
（3）从环境适应性上 看，POS计算机系统必须具备良好的抗震性能。POS系统辅助航空摄影，高机动是其环境的主要特点，同时其外形尺寸和功耗也需要严格限制。
事后处理软件顾名思义就是事后离线处理算法软件，对惯性导航系统采集的IMU数据与GPS系统采集的DGPS数据进行事后处理，经过系统解算可获取高精度像片外方位元素。利用航空摄影中应用广泛的Applanix POS/AV 510自带事后处理软件POSPac对事后处理流程进行说明，其流程如图3所示。
2 航空摄影应用中的POS系统主要误差分析
机载POS系统辅助航空摄影无论从系统器件精度、集成安装或其它机动物理特性等环节都不可避免存在误差，这些误差会影响POS系统的性能，所以必须对其误差进行分析。机载POS系统的误差源主要有：惯性导航系统误差，卫星导航系统误差，时间同步误差。
2.1 惯性导航系统误差
对惯性导航系统误差分析的目的在于，通过分析确定各种误差因素对系统性能的影响，对POS系统采用惯性器件提出精度要求，尤其是陀螺的精度要求；另外一方面，通过对惯性系统误差分析，可以对POS系统的工作情况和器件质量进行评价。惯性导航系统误差根据其误差产生的原因和性质，大体上可以分为以下几类：
2.1.1 IMU仪表误差
IMU仪表误差是指惯性器件陀螺和加速度计的误差，有静态误差和动态误差两个方面。陀螺误差包括由陀螺常值漂移和随机漂移等引起的误差，以及陀螺温度特性引起的误差等；加速度计误差包括随机漂移和温度特性引入的误差等。动态误差主要是指由于载体机动对惯性器件的影响带来的误差。这是惯性导航系统的主要误差源，对于IMU确定性误差需进行补偿，对于随机性误差需要建立合适的误差模型来减小其误差。
2.1.2 初始对准误差
惯性导航系统在进行导航解算前必须进行初始对准，由于输入的初始位置、初始速度不准确引起的初始姿态不准确造成的误差就是初始对准误差。初始对准为后续导航解算给出数学平台基准，所以必须尽量减少初始对准误差。
2.1.3 计算误差与运动干扰误差
计算误差包括数字量化误差、参数设置误差、计算中的舍入误差等。运动干扰误差主要是冲击和震动等造成的误差。这些误差也是影响捷联惯性导航系统精度的重要因素，必须设法消除或削弱。
惯性导航系统误差是POS系统的重要误差源，是POS系统获得高精度姿态方位信息的关键，目前针对具体的误差形式，研究精确的数学模型是减小惯性导航系统误差的主要方法。
2.2 卫星导航系统误差
GPS因为其观察时间短、定位精度高的特点，在测绘领域展现了巨大的应用前景。但是GPS也有许多与生俱来的缺点限制了它的应用，其中GPS误差就是其高精度定位主要影响因素。目前引起GPS误差的因素有很多，主要来源包括以下几部分：
（1）GPS卫星有关的误差，主要有卫星时钟误差、卫星星历误差、SA误差等；（2）GPS信号传播有关的误差，主要有电离层的附加延迟误差、对流层的附加延时误差和多路径误差等；（3）接收机设备相关的误差，主要包括观测误差、接收机钟差、天线相位中心误差和载波相位观测的整周不定性影响等。
针对GPS影响较大的误差源具体分析如下所示：
2.2.1 卫星时钟误差
GPS系统是通过测量卫星信号传播时间来测距的，时钟的误差将直接变成测距误差。GPS系统中各卫星钟要求互相同步并与地面站同步，即使采用原子钟计时也不可能绝对稳定，而是存在着漂移。接收机可以通过接收卫星导航电文中钟差参数直接对卫星时钟误差进行改正。
2.2.2 卫星星历误差
GPS卫星星历提供的卫星空间位置与实际位置之差称为星历误差。星历数据由地面监控站注入卫星，而监控站对卫星测量的误差、卫星运动时的摄动因素等都会造成星历中存在误差，其误差一直存在，无法消除。
2.2.3 电离层与对流层折射误差
卫星发射电波到达地面接收机，必须穿过电离层与对流层才能到达GPS接收天线。电磁波在不同介质中得传播特性是不同的，电波电离层与对流层会发生折射，从而产生延时误差。对流层折射误差是指非电离层大气对电磁波的折射。对这种折射误差一般需要建立电离层与对流层模型加以改正，目前GPS接收机中一般都有误差改正模型。
2.2.4 多路径效应误差
多路径效应误差是由于不同的路径到达GPS接收机而产生的误差，主要由接收机周围的地形、地物及各种反射体引起，信号经过多路径传播造成测距误差。
2.2.5 接收机设备误差
GPS接收机设备的误差主要是时钟的误差，其对GPS定位精度影响很大，假设普通接收机时钟与卫星时钟同步时间差为1 s，由此引起的等效距离误差可能达到上百米，当定位精度要求较高时，应该采用外接铷、氢等原子钟来提高接收机时钟精度。
综上所述，影响GPS定位误差的因素很多，利用差分GPS可以对卫星时钟和星历误差完全消除，对传播造成的延迟误差也能够大部分消除，但是对于接收机相关的误差则不能够消除，但是这些误差已经几乎很小，可以忽略不计。
2.3 航空摄影过程中POS系统内部不同信息源的时间同步误差
DGPS定位输出频率一般为1 Hz，而IMU数据的输出频率可以高达20～50 Hz，所以POS系统的输出频率与IMU数据输出相同。机载POS系统航空摄影过程中，POS系统接收航摄相机的曝光脉冲并记录该时刻jt，POS系统输出时刻it与航摄相机的曝光时刻jt往往不同步，如下图4所示。一般来说，飞机在航空摄影过程中是匀速飞行，POS系统采用线性内插的方法得到导航参数。当飞机匀速飞行时，这种内插的方法是不会产生误差的。但是实际过程中飞机不可能完全保持匀速，线性内插必然带来误差，这种误差称为时间同步误差。
航摄飞机的飞行速度一般为 100～200 m/s，由于在短时间内，飞机速度不可能发生太大的变化，为了分析问题方便，假设线性内插误差POS系统输出频率的1%。那么对行速度为150 m/s的航摄飞机和输出频率为50 Hz的POS系统，时间同步误差约为0.3 cm。对于POS系统而言，这一数量级的误差完全是可以忽略不计的。
3 POS系统在航空摄影中的应用需求分析
在分析POS系统组成及其误差分析的基础上，有必要针对其应用需求进行研究分析。POS系统可以与多种航空摄影器材或航空传感器集成相连，如ADS40航摄相机、光学相 机、SWDC相机、机载激光雷达等，从而实现传感器直接定向或辅助定向测量，如下图5所示。不同的航摄相机对POS系统精度要求不一样，但是针对它们对测量精度的共性要求研究，对POS系统应用提出具体的技术要求是非常有必要的。
3.1 航空摄影对POS系统的应用要求
无论是光学摄影成像、扫描成像还是雷达测距都对POS系统提出了非常苛刻的精度要求。不仅要求POS系统在较短的成像周期内具有很高的绝对精度和相对定位精度，同时某些成像载荷对姿态测量误差更为敏感。
综合前面对POS系统组成及其应用需求的分析，对POS系统及其器件在应用航空摄影提出以下几点技术要求：
（1）IMU器件是POS系统测量姿态角的关键器件，一般来说，IMU测角中误差精度要求：横滚角和俯仰角误差不得大于0.01 °，航向角误差不得大于0.02 °，记录频率要高于50 Hz。所以目前只有精密级惯性器件（陀螺偏移小于0.001 °/h）符合要求。
（2）差分GPS接收机是POS系统高精度位置获取的主要器件，机载GPS天线安装在航空飞行载体外表面，必须保证其在高机动情况下地正常工作；航空摄影数据需要厘米级的定位精度，故GPS接收机采用高精度动态载波相位差分模式，其基站GPS接收机一般在100 km范围内；GPS最小采样间隔一般在1 s以内。
（3）POS导航计算机是POS系统完成导航解算，输出运动参数的主要部分，其电源系统应满足航摄作业期间无间断供电，导航计算机能够实时记录和存储航摄作业所有IMU数据、GPS数据及其它必要数据。
（4）具有同步时间信号时标输入接口，能够将航摄相机快门开启脉冲（即曝光时刻）通过接口准确的传入POS系统，与POS系统进行时间对准，减小时间同步误差的影响。
3.2 POS系统在航空摄影中的应用方案对比分析
从POS系统组成可以知道，POS系统本质上是航空摄影应用中的高精度GPS/INS组合导航系统。但是它与导航中的GPS/INS组合系统又有所区别，GPS/INS组合系统主要用于航空、航天、海洋中的运输载体导航定位，它必须实时提供载体的定位信息，完成载体的航行任务；POS系统应用航空摄影主要完成对地球表面的地形、地貌进行摄影定位，因为一段时间内该摄影地区的定位信息不会发生重大变化，因此可以在实时定位的基础上，再对导航信息进行一次离线事后处理，没有时间的限制，综合各方面的信息，能够获得比实时更好的定位精度。
因此针对POS系统辅助航空摄影应用，目前主要由两种应用方案：实时融合与事后处理。实时融合是在航空摄影同时将IMU与DGPS进行实时融合，对POS系统的器件要求比较高；事后处理是在航空摄影同时将IMU与DGPS数据进行存储，利用离线处理算法对保存数据进行信息融合，因为没有时间的限制，可以采用一些耗时但精度较高的算法对其融合处理，能够获得较好的精度，其中POS系统两种应用方案的特点如下表1所示。因此，在POS系统的应用和数据处理中，要根据POS系统在不同的应用阶段，设计不同的技术处理方案来完成POS系统辅助航空摄影的任务。
4 结语
本文首先对POS系统内部两个最重要部分——惯性导航系统和GPS导航系统进行了介绍，并对其各自的误差进行了分析，进而针对POS系统辅助航空摄影应用的两种方案及特点进行了分析，分别就实时处理与事后处理方案进行了比较分析。
参考文献
【关键词】无人机；地质环境治理；DOM；DEM
近些年，无人飞机航摄系统在测绘方面的应用越来越广泛。卫星遥感和常规航摄技术由于周期长、费用高，无法及时有效地满足应急测绘、小面积高分辨率地理信息数据更新的需求。无人飞机航摄系统是传统航空摄影测量手段的有力补充，具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势。本文通过介绍固定翼无人机在大通煤矿地质环境的应用，以体现无人机飞行技术在基础测绘中的优越性。
1 引言
目前，航空遥感传感器作为数据采集的主要设备，包括航空摄影仪（相机）、摄像仪、扫描仪、雷达等。近年来，随着电子技术的发展，数字航摄仪向小巧、轻便的方向发展，特别是数码相机的分辨率越来越高，搭载在航摄飞机上后，可以获取高分辨率的影像数据，实现影像的数字获取和全数字化处理。通过目前的“3S”技术在无人机航测遥感系统中的集成应用，使无人机遥感航测系统具有实时对地观测能力和遥感数据快速处理的能力，既能完成有人驾驶飞机执行的任务，更适应于有人飞机不宜执行的任务，如危险区域的侦察和遥感航测、需要长航时和定期遥感监测的任务等，是未来航空摄影测量的重要发展方向。本文利用固定翼无人飞机航摄系统，对青海省西宁市大通煤矿地质环境治理示范工程进行无人机航测，以期对高原地区的地质灾害治理提供科学依据。
2 工程实施关键技术及应用
2.1 工艺流程
工程航拍及航测具体操作步骤如下：
（1）通过无人机航摄技术进行原始数据的获取，并进行基础控制测量及像控点测量；
（2）进行空三加密，通过自动获取像点坐标，经过区域网平差解算，以确定加密点的空间位置和影像的外方位元素。
（3）利用空三加密的结果进行“3D”产品的制作，包括数字正射影像图、数字高程模型、数字线划图。其中数字线划图为通过内业立体模型采集的地形图数据，并结合外业调绘的数据就可形成最终的数字线划图。
2.2 关键技术
2.2.1 无人机航空摄影
该项目采用无人机航摄系统进行，。测图比例尺为1∶1000，其中航摄比例根据项目规划设计所需地形图比例和精度要求为准，根据大比例尺航测测图的特点，结合航摄区的地形条件、成图方法及所用仪器的性能诸因素综合考虑。在确保测图精度的前提下，本着有利于缩短成图周期、降低成本、提高测绘综合效益的原则选择。数码航空摄影的地面分辨率（GSD） 取决行高度：
式中：h―飞行高度；f―镜头焦距（35mm ） 。
α―像元尺寸（6.41μm） ；GSD―地面分辨率。
航摄参数数据见表1。
航摄完后把当天的影像数据传出来，进行重叠度检查，经检查，大部分像片的倾斜角小于4.5°，超过8°的航片仅占总数的1.3%。所拍影像色彩均匀清晰，颜色饱和，无云影和划痕，层次丰富，反差适中。每条航线的有效航片根据飞机转弯半径及保证有效相片，超出成图范围约700米左右，均满足设计要求。
2.3 像控点测量
像控点的布设采用两种方法，一是在四等GPS控制点上布设地标，二是利用航片进行刺点。在无人机航摄系统进行航空摄影当日，在四等GPS控制点上布设9个地标点。在完成航空摄影后，根据CH/Z 3004-2010《低空数字航空摄影测量外业规范》4.3.1和4.3.2条区域网布点的规定以及“设计方案”的要求和项目特点，选刺像控点时按航向间两相邻控制点的间隔跨度不超过6-7张影像，旁向间两相邻控制点的间隔跨度不超过3条航线进行，共计布设209个像控点。
2.4 空三加密`
由于无人机搭载的相机是非量测相机，所以在进行空三加密前必须对原始的影像进行畸变纠正，然后再进行自由网平差。在自由网平差过程中，通过挑粗差和精细匹配，调整同名像点的精度，确保同名像点误差均小于半个像素值，同时检查测区中同名像点的分布情况，使其分布均匀，并在连接不好的区域手动添加连接点，保证模型间有足够的连接强度，最后进行该测区的区域网平差，通过调整像点及像控点，其绝对定向的精度为：平面精度最大的是±0.201m，高程精度最大为±0.210m，满足该测区1∶1000测图比例尺的精度要求。
2.5 DOM、DEM生成制作
利用像素工厂Pixel Factory进行彩色正射影像图的制作，该系统直接利用前期空三的成果生成立体模型，输出若干块块状的数字正射影像，将这些块状影像匀光调整后（保证后期制作的DOM影像颜色均匀、无较大色差），像素工厂即可自动生成高分辨率的数字地表模型（DSM），并将其自动过滤得到数字高程模型（DEM），由DSM、DEM自动生成拼接线，利用DEM对原始影像进行正射纠正，由拼接线对整个测区的正射影像进行无缝无变形的拼接，参考前期匀色制作的影像快视图，将整个拼接好的影像进行自动匀色，即可完成DEM、DEM的制作，之后就可按照要求的标准分幅大小进行影像的裁切、整饰并出图。在成图范围内采用对保密点的检测，并计算出单点检测较差及中误差，检测所生成的DOM的精度是否达到要求。共用到84个检查点，单点较差最大为78为0.734m。
检查点较差中误差依据下列公式进行计算：
其中，RMS为检查点较差中误差，n为检查点个数，Xi，Yi为检查点的加密坐标，xi，yi为检查点对应在DOM影像上的同名点坐标。 依据上述计算公式，计算出青海大通测区1：1000 DOM检查点较差中误差为0.153m，根据《低空数字航空摄影测量内业规范》规定，满足精度要求。
2.6 全数字化立体测图
全数字化立体测图采用适普的VirtuoZo NT全数字摄影测量系统完成，采用空三成果所恢复的立体模型进行测图，之后进行立体模型套合抽样检查，并通过将DLG与DOM叠合，采用3D模块检查地物与高程一致性，检查平面与高程是否有异常及突变的地方，并返回立体模型下重新采集并核对，我们对288个控制点进行了原图平高点与检测平高点的检查，检查结果如下：
高程中误差m=± =±0.42m
点位中误差=± =±0.48m
以《低空数字航空摄影测量内业规范》规定，其平面与高程中误差小于限差，满足规范要求。
通过以上可以看出，航测成果不受地形条件的限制，精度均匀，对微地貌表示比较逼真，可以从整体上提高地形图的精度。在该项目中，通过在治理前已经获取的能够真实反映地表状况的影像数据，和计划在治理工程实施后相同季节和时间分别进行一次飞行和成图，为治理成效评价提供基础数据资料。其中治理前已经生成的DEM和DOM数据用于构建该矿区三维场景，DLG数据用于主要地物三维建模工作。在收集以往地形、影像、地质灾害以及煤矿开采等资料的基础上，开展遥感解译以及多元数据叠加分析，综合选取监测点位和基准点位，监测地质灾害的变化趋势并能及时进行报警。
3 结论
经过该对项目的研究，可以看出，无人机航测在矿山地质环境治理中获取矿区地形图方面具有很大的优势，通过DOM可以很直观的看出矿山治理前后的变化，而传统的测绘方法只能提供单一的地形图，无人机航测不仅作业速度快，减少外业工作量及成本，无人机航测不仅能提供地形图，而且还能提供DOM、DEM等数据成果，通过这几种成果结合使用，效果突出，并且无人机航摄测绘1∶1000地形图在该矿区中能够满足规范的要求，可在以后的矿山治理及将来的“数字矿山”的建设中发挥更大的作用。
参考文献：
[1]张祖勋，张剑清.数字摄影测量学.武汉大学出版社，2012.
【关键词】SWDC-4 大比例尺地形图 航空摄影技术设计 GPS辅助空中三角测量
1引言
近年来，随着科技的不断进步和飞速发展，数字信息得到了空前的发展，作为航空摄影数字信息技术发展时期的重要代表，各种规格、不同型号的数字航摄仪相继推出。其中，国外具有代表性的数码航摄仪有Leica的ADS100，Vexcel的UCD，Z/I Imaging的DMC等。中国通过这几年的探索，也研制出了具有自主产权的数字航空摄影仪――SWDC-4。作者通过这几年对SWDC-4数字航摄仪的使用情况，谈谈此航摄仪在大比例尺地形图测图中的应用。
2 数字航空摄影测量的优势
数字摄影测量与传统的摄影测量相比，数字摄影测量成本低、成图周期短、精度高、对天气要求低，已成为当今主要的测量方法。利用数字相机进行航空摄影测量，没有了传统胶片的冲洗等后处理过程，拍摄完毕马上就能对飞行质量、拍摄的影像质量以及拍摄有无漏洞进行检查，这就使得航摄作业变得十分快速、方便、灵活。
利用IMU/GPS辅助航空摄影方法成图，采用差分GPS技术或精密单点定位技术（PPP）已能准确获取航摄仪曝光时刻的摄站坐标，将其纳入空三参与平差将极大地减少了地面控制点数目，减少了外业工作量，提高了生产效率，降低了生产成本。
3 数字航空摄影系统综述
SWDC-4数字航空摄影系统由三部分组成，包括相机部分、计算机控制系统及机载GPS系统。外形尺寸长为0.6m，宽为0.5m，高为0.7m（不包括计算机控制系统），重量约60kg，相机示意图如图3-1。
SWDC-4数字航空摄影系统适合搭载在轻小型飞机上使用，如：蜜蜂、海燕等轻型飞机，也能搭载在大中型飞机上使用，如：奖状、赛斯纳208、运-5等机型。对于几百平方公里的小摄区，就考虑成本及效率来说，用轻型飞机比较适宜。
与传统航空摄影测量设备及进口数字航空摄影测量系统相比较，SWDC-4数字航空摄影系统有以下优点：
（1）相机焦距短，角分辨率大，基高比能满足高程精度要求，且飞行高度低，是同样地面分辨率的进口航空数字相机拍摄航高的1/2-1/3。
（2）可以在云下和轻薄雾天通过调整光圈和快门，或调高感光度拍摄，对飞行天气的要求大大低于传统胶片航摄仪。
4 轻型飞机综述
海燕650 C飞机为四座轻型飞机（图4-1），飞机翼展14.9米，长度7.6米，高度2.1米，有效载荷重量350公斤，非常适合用于数字航空摄影测量。该机具有优良的飞行性能和操纵品质，此外飞机性价比优，经久耐用、安全可靠、便于维护。该飞机可拆卸组装，利于转场。对跑道要求不高，适于野外起降。
5 数字航空摄影在大比例尺地形图测图的研究
现今，大比例尺地形图基本上正在被数字航空摄影测量所替代，尤其是高山峡谷地带，大大解放了人力资源，航测法大比例尺成图技术理论已趋于完善。数字航摄仪的引用仅是摄影手段及影像承载介质的变革，其成图过程仍基本包括航空摄影技术设计、航测外业（控制测量及像控测量）、航测内业（空三加密及立体测图）、图形编辑以及贯穿始终的质量检查与质量控制。
5.1 航空摄影技术设计
应用航测法生产大比例尺地形图，航摄质量至关重要，是最终成果质量好坏的重要前提。传统胶片相机的摄影比例尺由焦距（f）/相对航高（H）决定，数字相机标注焦距相对于胶片相机要小得多，所以用f/H计算的摄影比例尺非常小，与胶片相机没有可比性。因此数字航摄国际统一使用地面分辨率―GSD（Ground Sample Distance）概念，包括遥感影像。
鉴于航摄质量的重要性，首先必须确定符合设计成图要求的GSD，由成图比例尺确定GSD，然后根据摄区的最大平均高程和最小平均高程算出航摄的绝对航高。GSD是图上0.1 mm代表的地面实际距离，即像元地面尺寸。一般要求如表4-1。
5.1.1像片重叠度控制
在整个航空摄影实施过程中，设计人员对航摄数据因子的设计是常重要的，其中应对重叠度的计算要重视。如果要是因为技术设计中重叠度的计算出现失误，会导致本次航摄成果的作废，其造成的直接经济损失包括飞机飞行费用、随行人员的费用，间接经济损失包括航空摄影时间的错失，任务工期的推迟等等。
像片航向重叠度一般要求为60%-65%，最小不应小于53%，旁向重叠度为20%-30%，最小不应小于13%。《数字航空摄影规范 第1部分：框幅式数字航空摄影》4.2.3条规定“当地面分辨率大于20cm时，分区内的地形高差不应大于四分之一摄影航高；当地面分辨率小于或等于20cm时，分区内的地形高差不应大于六分之一摄影航高。”对于平坦及丘陵地区，相对高差较小，这条要求容易满足。而对于海拔较高，相对高差较大的地区，尤其是高山地，进行测绘航空摄影法成大比例尺地形图，地形高差往往大于1/6相对航高，甚至大于1/4的相对航高，对此类摄区分区又不能划分的太细，很多地区为高山峡谷，所以在设计重叠度因子的时候，在不改变相对航高的情况下，可以加大航向和旁向的重叠度，以保证航向或旁向不会产生相对或绝对漏洞。
在做航线设计时，计算出摄区最高高程处的重叠度，保证摄区高点重叠度处于规范要求的范围（航向重叠度不小于53%，旁向重叠度不小于13%）就可以。但在飞机沿航线飞行过程中，由于风向的突然改变、上下气流等影响会造成飞机的侧滑和倾斜，难免会引起像片有旋角。所以在摄区高程最高高程处的计算上要加大最小重叠度的设计，尽量保证航向有60%重叠，旁向有20%的重叠，从而尽可能的避免了出现航摄相对或绝对漏洞的重大错误。当然，要有效的控制大旋角的产生，应重点防止飞机的倾斜和侧滑，选择好天气和采取有效措施保持好飞机在航线飞行过程中姿态。
由于SWDC-4数字航摄系统搭载平台有时为轻小型飞机，所以对飞机的飞行高度有了一定的限制，一般轻型飞机的最高升限为3800m左右。要是对于海拔较高的山区，按照成图要求的GSD设计很难达到所飞行的海拔高度。对此可以采用缩小GSD和增大航向和旁向重叠度的方法来进行设计。
5.1.2飞行质量控制
飞机在航摄过程中尽量保持平稳，由于数字航摄大比例尺的航线间隔比较小，为了避免机载GPS信号发生失锁，影响机载GPS数据后处理解算精度，要求飞机在出航线尾部，进入下一条航线时，转弯半径要大，可以呈纺锤形飞行，尽量减小飞机的倾斜角。
5.2 航空摄影测量外业控制
基于SWDC-4数字航空航摄仪作业模式为带机载GPS的辅助空中三角测量，所以要求测量外业在地面需要做一部分的地面控制点。为提高航测内业空三及成图的精度要求，像控点最好为布设好的地面标志点，地面标志点中心标志点的大小为航摄设计GSD的3倍。地面标志点的颜色和周围的地物要有色差，以便在影像中快速、准确的找到地标点。
为了求解WGS84坐标系和国家统一坐标系或用户选定的独立坐标系之间的转换关系（七参数），需要联测地面控制点。有个转换关系就能把空中GPS摄站坐标（WGS84）转换至地面国家统一坐标或独立坐标。
6 GPS辅助空中三角测量
在摄影测量航测内业中有一项重要的工作是空中三角测量，其目的是加密控制点。但加密点的工作通常需要一定数量的地面控制点（像控点），而航测地面控制测量工作通常是较艰苦或困难的，因此如何减少航测外业控制的工作量成为一个重要的研究课题。近年来，机载GPS辅助空中三角测量技术己成为摄影测量研究与应用的热门技术，它在实现少地面控制或无地面控制的摄影测量中发挥着重大作用。
GPS辅助空中三角测量是利用安装机上与航摄仪相连接的和设在地面上一个或多个基准站上的至少两台GPS信号接收机同步而连续的观测GPS卫星信号，同时获取数字航摄仪摄影瞬间的快门脉冲，通过GPS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，经采用统一的数学模型和算法以整体确定物方点位和像片方位元素。
近年来，国内外一些学者开展了基于国际IGS精密卫星轨道参数和卫星钟差的“非差相位精密单点定位”的研究，以实现单台双频接收机实时动态定位（Percies Point Positioning），简称PPP。这是一种非常具有应用前景的单点定位技术，该技术单站GPS可达到几个厘米的精度，作业不受距离限制，不需要基准站支持，这无疑大大提高了高精度定位作业的灵活性，降低了作业的成本，特别适用于航空摄影测量中。GPS辅助空三测量中应用了该项技术，该技术特别适合在我国西部这种无或少地面站地区进行航测作业。
7 结语
利用轻型飞机搭载SWDC-4数字航空摄影仪进行测绘航空摄影，是目前进行大比例尺测图的一种快捷、方便可行的作业方式，大大缩短了工作周期，为按期高效的完成任务提供了有力保证，为项目设计工作提供了可靠的基础数据。
参考文献：
[1]曹銮.数字航空摄影有关技术的分析探讨[J].四川测绘，2007.12.
【关键词】无人机；航空摄影测量；无像控；真正摄
无人机航测技术是近年来航空摄影测量及遥感技术发展的主要方向，特别是对大比例尺测图来说，其低成本高效率和易用性，使得无人机航测近年来发展迅速。无像控航空摄影测量和真正摄影像图生成一直以来处于理论研究阶段，目前技术上已经成熟并已投入生产应用。例如德国产的MAVinci Sirius Pro无人飞机配备俄罗斯产的Agisoft Photoscan后处理软件，即可实现无像控、高精度航空摄影测量和真正摄影像图（DOM）生成等功能。作者通过实际应用，验证了该套技术方案的精度，并分析了其技术要点。
1、方案介绍
（1）MAVinci Sirius Pro UAV。MAVinci公司是专门从事无人机系统（UAV）技术研究的公司，位于德国莱门。主要针对建筑工地、管道、矿山和采石场等自动成图技术的研究。目前其产品主要有MAVinci Sirius UAV（天狼星无人机），分Classic、Basic和Pro三个版本。其最大的特点是可精确获取拍摄瞬间像片的姿态数据，从而具备了无像控航测的能力，可极大节省项目成本，尤其在那些难以从地面进入的项目区域，传统方法根本无法实现高精度测图。
MAVinci Sirius Pro UAV无人机是通过精确的时间控制技术和高精度GNSS RTK技术来确定每个曝光点的空间位置坐标，从而完全替代像控点的作用，具备高精度航测能力。
（2）Agisoft Photoscan软件。Agisoft Photoscan是俄罗斯Agisoft公司开发的3D建模软件。它采用最先进的多视图三维重建技术，由数字影像全自动生成高精细3D模型；支持GPU高性能计算，利用分布式网络计算系统，对超大空间范围生成分层级的三维模型，使得浏览和使用数据变得容易和简单；利用其自动生成的密集点云数据和照片纹理，可生成真正摄影像图，使高精度测量和成图成为可能；根据相机影像匹配理论自动计算相机的畸变参数，从而进一步提高三维建模的效率和精度。
2、应用案例分析
该方案在实际生产中，已经应用于大比例尺测图项目。本文选择某测区进行应用验证，并进行精度分析。方案的操作流程如下：
图1 无人机航测流程图
测区使用MAVinci Sirius Pro无人机系统通过航拍采集像片313张，地面分辨率0.045米，飞行面积0.95平方千米，飞行时间20分钟。采用Agisoft Photoscan对采集的像片和高精度空中姿态数据进行全自动处理，最终生成测区密集点云数据、真正摄影像图（DOM）和DEM数据。
外业使用全站仪采集21个明显地物点坐标，主要位于水泥道路的拐角或者路边人工花坛的拐角。在内业处理生成的真正摄影像图DOM数据和密集点云数据上，解析出外业实测点对应位置的三维坐标，从而进行精度比对分析。在外业采集的21个点中，1、12号点在影像上不太明显无法准确解析其坐标，故舍去。其余点位的精度统计情况如下：
表1： 误差统计分析表
从统计结果看，有4个点的高程精度出现粗差情况，原因为实测的点在花池的顶部，而影像解析点位在花池底部，所以高程有粗差存在。在高程精度统计中，将这四个点高程剔除。最后计算出平面距离中误差为0.045米，高程中误差为0.054米。符合大比例测图的精度要求。
3、结论
该套技术方案，解决了航空摄影测量行业一直以来难以逾越的无像控航测成图和真正摄影像图生成的技术难题。MAVinci Sirius Pro无人机结合了精确的时间控制技术和拓普康100赫兹亚厘米级的RTK实时差分技术，获得了像片拍摄瞬间高精度的POS数据，从而解决了无像控航空摄影测量的问题。Agisoft Photoscan软件，采用最先进的多视图三维模型重建技术和GPU高性能计算技术，可全自动生成测区密集点云和真正摄影像成果。这套技术方案是基于单架次飞行范围在2-5平方千米范围内，且航测像片航向重叠率大于85%的条件下实现的。对于更大范围的航测，RTK差分的精度会降低，像片数量会增加，对后处理软件和计算机硬件的处理能力要求更高，该技术方案的成果精度和实用性会降低。随着技术的不断进步，更多新的三维建模技术和更高性能计算机必将出现，该技术方案存在的问题会得到进一步的解决。
参考文献：
[1] 黎彬. 无像控低空无人直升飞行数字摄影测量系统探讨与展望[J]. 测绘技术装备，2013（03）.
[2] 赵生良，陈丰田. Agisoft Photoscan在无人机航空摄影影像数据处理中的应用[J]. 价值工程，2013（20）.
关键词：GPS辅助空中三角测量 摄影测量 区域网平差 精度
中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（b）-0081-02
GPS辅助空中三角测量即是基于载波相位差分GPS动态定位技术或精密单点定位技术获取航摄仪曝光时刻摄影中心的三维坐标，将其作为观测值参与摄影测量区域网平差，采用统一的数学模型和算法整体解算物方点位和像片外方位元素，并对其精度进行评定的技术和方法。
经过20多年的理论研究、实际试验和大量的生产实践，我国建立了较为完整的GPS辅助空中三角测量理论，从机载GPS相位中心与航摄仪投影中心的几何关系出发，建立了GPS摄站坐标观测方程，将其引入摄影测量区域网平差，构建了GPS辅助光束法区域网平差的完整数学模型；自行研制了两套具有GPS辅助光束法区域网平差功能的摄影测量加密软件WuCAPS（Wuhan Combined Adjustment Program System）和Geolord-AT；建立了比较完整的GPS辅助空中三角测量技术框架，制定了相应的国家测绘行业标准，用于指导我国的航空摄影测量生产。这些已经极大的简化了航空摄影测量作业工序，形成了具有中国特色的GPS航空摄影测量实用生产技术体系。
1 技术方案及飞行实施
GPS辅助空中三角测量前期生产过程包含航摄设计、地面控制、航摄飞行、航后GPS数据检核及预处理等几个方面，后期内业处理主要是带GPS数据的区域网平差过程（如图1）。下面该研究者以本部执行的乌鲁木齐航摄项目为实例对GPS辅助空中三角测量从技术设计以及飞行过程进行阐述。
1.1 地面控制方案
GPS辅助空中三角测量地面控制的方案常见的有两种，见图2。地面控制部分按照GB/T 18314-2001《全球定位系统（GPS）测量规范》除需要进行地面基站的测设外，还要进行航摄期间基站的同步观测和平高点、检测点、水准点测量期间基准站的连续观测、加密分区四角平高点的布设和测量、精度验证区检测点的选测以及水准点的GPS测量，并绘制点之记。
对空地标点采用四角布点法，按照《GPS辅助航空摄影技术规定》点位布设在构架航线与加密分区首末测图航线重叠处，位于测区自由图边处的地标点位应尽量布设在图廓线外。为了检验GPS辅助空中三角测量的精度，航摄像片提供后在检测样区内选刺30个点进行检测，所选检测点除满足GPS观测要求外，还选择在像片上影像清楚的明显地物点上，并均匀分布于平地、丘陵和山地，使野外检测点有较强的地形类别代表性。对于上述所有点位，都要做GPS测量取得其WGS-84坐标下的精确坐标。
1.2 航摄技术设计
按照GB/T 19294-2003《航空摄影技术设计规范》以及GB/T 15661《1：5000 1：10000 1：25000 1：50000 1：100000地形图航空摄影规范》，我们充分考虑地形因素将该摄区分成了若干个加密分区，并通过加密分区四角平高控制点加构架航线的地面控制方案来改正GPS摄站的坐标系统漂移误差控制精度。构架航线垂直于测图航线，设计的基本要求是比测图航线的比例尺小20%左右，航向重叠不小于80%，并且延长出航摄区域4到6条基线，控制航线交叉或衔接处要有不少于四条基线的重叠。四角平高点位置及时报予地面控制方案执行部门并纳入其地面测量技术设计中，也是在实际飞行中能够观察到的对空地标点。
1.3 航空摄影飞行实施安排
在实际飞行实施过程中，保证地面基准站与机载GPS同步观测。每个架次准备飞行前，通知地面基准站开机，这样就保证了起飞前机载GPS接收机静态观测有正常的基站数据参考。起飞前进行GPS接收机的初始化测量，采用GB/T 18314-2001中规定的GPS静态定位测量方法，其间，应严格防止各种原因遮挡机载GPS天线造成的GPS信号失锁。记录好GPS接收机的初始化时间以及静态观测起止时间。
航摄飞行作业中采用GB/T 15661对飞行和摄影质量的要求确保GPS接收机正常工作，并按GPS辅助航摄飞行记录单对地试、前试、每条测线以及后试对应的首末MARK号码以及航片数做好记录。在航行过程中，要严格按照规范要求执行，根据精度控制的相关理论要求，同一加密分区构架航线与首末测图航线不能断开飞行，但是为保证飞行效率，飞行过程中可以灵活调节测图航线与控制航线的飞行顺序；为了保证摄影以及数据采集质量，航行过程中对设备的操作以及飞行方式要充分掌握好，飞机出航线后转弯坡度不要太大以免造成对GPS天线的遮挡而导致GPS信号失锁，影响GPS数据采集。航摄飞行结束落地不动后，进行GPS静态观测，观测时间10分钟左右。飞行结束后及时下载数据做GPS数据检核及预处理，检查机载设备数据记录的完备性，并备份数据。关于航摄飞行漏洞的补摄，尤其要注意的就是在敷设构架航线的测区，补摄航线两端必须超出构架航线外至少一条基线。
2 像片外方位元素的获取及样区加密精度验证
GPS辅助空中三角测量依然遵循传统的空三加密工序，从投影中心与机载GPS天线相位中心几何关系出发，将差分GPS获取的摄站点坐标，作为带权观测值引入自检校光束法区域网平差中进行GPS导航数据与摄影测量观测值的联合平差，采用统一的数学模型和算法整体解算像片的外方位元素和加密点坐标，但是具有GPS辅助光束法区域网平差功能的摄影测量加密软件WuCAPS极大的简化了操作流程。WuCAPS是在Windows环境下，用面向对象的Visual C++和Fortran语言开发的一个用于摄影测量与遥感高精度点位测定软件包，它以共线条件方程为核心，融合当代基于统计理论的误差随机模型和理论上最为严密的自检校光束法区域网平差函数模型于一体，以程序实现了光束法区域网平差一整套算法。目前，该系统正在测绘生产单位、科研部门、和学校教学中广泛使用。
为了测定GPS辅助空中三角测量航摄成果的精度，该研究者在样区内布设了布设30个检测点（点位分布如图五所示）。所有点都采用GPS静态测量方法进行测量，得到WGS84下的大地坐标及其椭球高，并转换到西安80坐标系和1985国家高程基准下的坐标。利用WuCAPS软件进行带四角高程控制的GPS辅助光束法区域网平差得到样区全部像片的外方位元素和加密点的地面坐标。利用30个检测点评定的加密成果精度如表1，由表1显示来，检查点精度满足GB/T 13990-1992《1：5000、1：10000地形图航空摄影测量内业规范》成图精度要求，1：5000航测成图，检查点不符值：平面
3 结语
总之，GPS辅助空中三角测量可以大量减少地面控制点，而且带地面控制的GPS辅助光束法区域网平差精度能够满足1：5000地形图生产。无论平地区域还是丘陵地、山地区域，采用GPS辅助光束法区域网平差，精度达能到自检校光束法区域网平差的精度。
GPS辅助空中三角测量已经成为一种极为实用、经济的摄影测量加密方法，其在测绘生产中的应用已经逐渐改变了航空摄影测量一贯遵循的“航空摄影―外业控制联测―内业测图”的长周期作业模式。它在缩短航测成图周期、节省外业控制工作量、减轻劳动强度等方面已经创造出了巨大的经济和社会效益。
参考文献
[1] 袁修孝.GPS辅助空中三角测量原理及应用[M].北京：测绘出版社，2001.
[2] GB/T 18314-2001.全球定位系统（GPS）测量规范[S].
[3] GB/T 19294-2003.航空摄影技术设计规范[S].
