第19讲—GPS-POS辅助空中三角测量.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,1,6-9 GPS,辅助空中三角测量,GPS-based Aerial Triangulation,利用,GPS,获取摄站三维坐标以实现,GPS,辅助空中三,角测量，使摄影测量野外作业大量减少，甚至完,全免去地面控制点，是摄影测量工作者的目标。,山东科技大学测绘科学与工程学院,2,GPS,应用,测定地面控制点,实时航摄飞行导航,GPS,辅助空中三角测量,用于传感器的定位和姿态测定,GPS,可用于确定各种成像或非成像传感器的位置，也,可扩充来测定传感器的姿态。此外，,GPS,还可与惯性导航,系统,(INS),组合起来测定传感器所有的外方位元素。此时，,INS,有助于解决,GPS,数据的周跳和失锁，同时可测定传感,器的三个姿态角；而,GPS,则能连续控制,INS,的误差积累，,实现真正的连续动态定位。,山东科技大学测绘科学与工程学院,3,6-8 GPS,辅助空中三角测量,1,、,GPS,辅助空中三角测量概述,2,、航摄仪摄站坐标的测定,3,、,GPS,辅助航摄仪内方位元素的测定,4,、,GPS,辅助光束法区域网平差,5,、总结,山东科技大学测绘科学与工程学院,4,一、,GPS,辅助空中三角测量概述,在摄影测量中，,GPS,主要用于测定空中三角测量所需的,地面控制点。实质是用,GPS,卫星定位网静态测量,来取代常,规仪器大地测量以获取区域网平差所需的地面控制点。,优点：较常规大,地测量速度快、成本低、无须考虑通,视条件。,不足：不可能为区域网建立实时地面控制，对通行困,难等地区，劳动强度大；对国界、沼泽等作业人员无法到,达地区显得无能为力。,它适用于测定少量地面控制点以作为区域网平差所需,控制信息的一种补充手段。它仍属于,GPS,在大地测量中的,应用范畴，是像片野外控制联测的新方法。,山东科技大学测绘科学与工程学院,5,一、,GPS,辅助空中三角测量概述,GPS,辅助空中三角测量,利用安装于飞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地,观测,GPS,卫星信号，同时获取航空摄影瞬间航摄仪快门开启,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影像方位元素并对其质,量进行评定的理论、技术和方法。,目的,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，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。,山东科技大学测绘科学与工程学院,6,一、,GPS,辅助空中三角测量概述,GPS,航空摄影,卫星,2,卫星,3,卫星,4,卫星,1,地,面,基,准,站,山东科技大学测绘科学与工程学院,7,一、,GPS,辅助空中三角测量概述,从,1984,年,Ackermann,教授首次报道利用计算机控制导航,系 统,CPNS,数 据 进 行 联 合 平 差 的 模 拟 试 验 结 果 起，,Schwarz1984,，,Lucas1987,，,Ackermann1986,，,Friess1986,李德仁,1989,，袁修孝,1994,报道了利用,GPS,数,据进行区域网平差的理论研究和模拟试验结果，对,GPS,辅助,空中三角测量有了新的认识。后来进行了实际试验和生产。,目前，国际上一些知名的空中三角测量平差软件，如,PAT-A,，,PAT-B,，,BLUH,，,BINGO,等，甚至连数字摄影测量工,作站上的区域网平差软件，都具有进行,GPS,辅助空中三角测,量的功能。,山东科技大学测绘科学与工程学院,8,一、,GPS,辅助空中三角测量概述,主要结论,1,、采用基于载波相位差分动态,GPS,定位技术可以厘米级精度,确定机载,GPS,接收天线相位中心的三维坐标，但坐标值包含,有随时间变化的线性漂移系统误差。,2,、由,GPS,所确定的三维摄站坐标可有效地用于摄影测量区域,网平差。由它们和少量地面控制点出发求出的加密点坐标精,度要优于,GPS,摄站坐标自身的精度。,3,、摄影测量区域网平差中像片外方位线元素（即摄站坐标）,的利用要比角元素更有效。附加的姿态测量数据在其精度很,高时可用来改善加密点高程的精度，当其精度不高时对平差,结果没有多大帮助。,山东科技大学测绘科学与工程学院,9,一、,GPS,辅助空中三角测量概述,主要结论,4,、原则上讲，只要一个区域中所有记录的,GPS,信号连续而,没有发生失锁、周跳等信号间断的情况，摄影测量区域网,平差时，可用,GPS,摄站坐标完全取代地面控制点进行无地,面控制的空中三角测量，但前提条件是，区域网平差必须,在,WGS84,系中进行。,5,、为获得国家统一坐标系或局部坐标系中的加密成果，需,要有一定数量的,GCP,，最好在区域的四角布设,4,个平高点；,如果需要逐条航线地改正,GPS,摄站坐标的系统漂移误差，,则区域的两端还应布设两排高程地面控制点或加摄两条带,GPS,摄站坐标的垂直构架航线。,6,、,GPS,辅助光束法区域网平差有较好的可靠性。,山东科技大学测绘科学与工程学院,10,一、,GPS,辅助空中三角测量概述,7,、利用模糊度在航解算方法来处理,GPS,信号的周跳和失,锁已获得成功，对于距离远达,50km,、高差大于,2400m,的差,分,GPS,测量亦能够迅速、有效地解出正确的整周相位模糊,度，在固定整周相位模糊度后可提供内精度优于,dm,的,差分,GPS,定位结果。,、利用,GPS,数据进行区域网平差有明显的经济效益，即,使精度较差的,GPS,数据也可使带有地面控制的,GPS,辅助光,束法平差达到只有利用相当稠密的地面控制点所进行的常,规自检校光束法区域网平差才能达到的精度；无地面控制,的,GPS,辅助光束法区域网平差亦可满足高山区中小比例尺,测或是地图更新、资源调查等所需控制的精度。,山东科技大学测绘科学与工程学院,11,一、,GPS,辅助空中三角测量概述,表,1-1,摄影测量区域网平差对,GPS,摄站坐标精度的要求,测图,比例尺,摄影,比例尺,对空三加密,精度要求,m,xy z,等,高,距,m,(1),xy z,对,GPS,摄站坐标精度要求,m,(2)(3)(4),xy z xy z xy z,1:100 000,1:50 000,1:100 000,1:65 000,5.0,2.5,4.0 20,2.0 10,39 16,18 6.9,21,9.2,11,4.5,19,7.5,8.5 27 6.2,2.8 11 2.4,1:25 000,1:40 000,1.5,1.0,5,11 2.8,5.4,1.8,4.4,0.7 6.8 0.9,1:10 000,1:5 000,1:25 000,1:12 000,0.6,0.3,0.6 2.5,0.25 1.0,3.6 1.6,1.9 0.3,1.3,1.0,1.0,0.2,0.6,0.3,0.4 1.7 0.5,0.9 0.05,注：本表假设,0,=10m,0z,=12m,(1)4,个平高地面控制点加两排高程地面控制点，无漂移误差改正参数。,(2)4,个平高地面控制点加两排高程地面控制点，全区使用一组漂移误差改正参数。,(3)4,个平高地面控制点加两排高程地面控制点，每条航线使用一组漂移误差改正参数。,(4)4,个平高地面控制点加两条垂直构架航线，每条航线使用一组漂移误差改正参数。,山东科技大学测绘科学与工程学院,12,一、,GPS,辅助空中三角测量概述,作业过程,现行航空摄影系统改造及偏心测定,;,带,GPS,信号接收机的航空摄影,;,解求,GPS,摄站坐标,;,GPS,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。,山东科技大学测绘科学与工程学院,13,一、,GPS,辅助空中三角测量概述,GPS,辅助空中三角测量的作业过程大体需经过如下三个,阶段：,首先，在航空摄影过程中，以,0.51.0s,的数据更新率，,用至少两台分别设在地面基准站和飞机上的,GPS,信号接收机,同步而连续地记录,GPS,卫星信号，并将航摄仪快门开启脉冲,写入机载,GPS,数据流中。,其次，对,GPS,载波相位测量进行测后数据处理，解求航,摄仪曝光时刻机载,GPS,天线相位中心的三维坐标,X,A,Y,A,Z,A,GPS,摄站坐标及其方差,协方差矩阵。,最后，将,GPS,摄站坐标作为带权观测值引入解析空中三,角测量的数学模型中与摄影测量观测值进行联合平差，以确,定地面目标点的位置和像片的方位元素并评定其质量。,山东科技大学测绘科学与工程学院,14,一、,GPS,辅助空中三角测量概述,上述三个阶段涉及的理论和关键技术,须对现行航空摄影系统进行改造。,将基于相位差分的,GPS,动态定位方法所获取的,GPS,摄站,坐标归化成像片的外方位线元素,投影中心坐标。,在,GPS,辅助空中三角测量中将航摄仪的内方位元素也当,作平差参数（未知数）解求。,利用动态,GPS,定位技术获取,GPS,摄站坐标，一是要求初,始化，二是要求,GPS,信号连续。,正在寻求用无初始化的,GPS,动态定位方法进行,GPS,辅助,空中三角测量、按常规方式进行航空摄影的作业模式。,山东科技大学测绘科学与工程学院,15,一、,GPS,辅助空中三角测量概述,GPS,辅助光束法区域网平差时，需要在测区的四角,布设个平高地面控制点，在区域两端布设两条垂直,构架航线或者是在区域两端垂直于航线方向布设两排,地面高程控制点，并对此给出合理解释。,研究影响,GPS,辅助空中三角测量定位质量的因素。,研究,GPS,导航数据对单航线的加密是否具有与区域,网类似的作用。,利用,GPS,定位数据来减少或取代地面控制点进行空,中三角测量，提高数字摄影测量工作站的效率和自动,化程度。,山东科技大学测绘科学与工程学院,16,二、航摄仪摄站坐标的测定,1,、带,GPS,信号接收机的航空摄影系统,（,1,）航摄仪的选择,（,2,）机载,GPS,天线相位中心偏心分量的测定,山东科技大学测绘科学与工程学院,17,RC30,航空相机,组成及附件,1.,机载,GPS,天线,2.,带有,PAV30,的,RC30,相机,3.,带有,GPS,的,ASCOT,系统,4.GPS,参考站,5.,数据处理软件,山东科技大学测绘科学与工程学院,6,18,ADS40,多波段机载数据获取系统,GPS,卫星,1 SH40,传感器,:,-DO64,数字成像系统,-IMU,4,1,3,5,2,ADS40,系统,2 CU40,控制单元,:,-,位置,/,姿态,POS,计算机,3 MM40,存贮器,4 OI40,操作界面,5 PI40,导航界面,6 PAV30,平台,GPS,地面参考站,山东科技大学测绘科学与工程学院,19,二、航摄仪摄站坐标的测定,2,、动态,GPS,定位测定航摄仪摄站空间位置,差分动态,GPS,定位是利用安设在一个运动载体和一个或多个地,面基准站上的,GPS,信号接收机来联合测定该运动载体的三维位置，,从而精确给出其运动轨迹的,GPS,测量方法。,按定位实时性要求，差分动态,GPS,定位可分为：,实时差分动态定位,后处理差分动态定位,按使用数据类型和方法的不同，分为：,位置差分,伪距差分,伪距相位综合差分,载波相位差分,在已知整周相位模糊度的情况下，利用载波相位可以获得厘米,级精度的差分动态定位结果，它非常适用于无需实时定位而要求高,精度位置的,GPS,辅助空中三角测量。,山东科技大学测绘科学与工程学院,20,二、航摄仪摄站坐标的测定,GPS,摄站坐标解求,状态方程,X,k,k,k,1,X,k,1,B,k,b,+,k,1,W,k,1,观测方程,Y,k,H,k,X,k,D,k,d,+,V,k,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,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,山东科技大学测绘科学与工,程学院,21,二、航摄仪摄站坐标的测定,2,、动态,GPS,定位测定航摄仪摄站空间位置,为了获得在国家统一坐标系或用户选定的局部坐标系中,的三维,GPS,摄站坐标，还需利用少量的地面控制点按,GPS,基,线向量网约束平差法将,WGS84,系坐标转换到规定的坐标系中。,GPS,动态定位所提供的高程是以椭球面为基准的大地高，,而国家坐标系是以大地水准面为基准的正常高，高程基准的,转换最好能通过测区内若干已知正常高的控制点拟合建立高,程异常模型进行。,基于载波相位动态,GPS,定位的关键在于正确解求整周相,位模糊度。一种比较稳妥的办法是在飞机起飞之前通过一段,时间的初始化来求得其正确值。根据附加模糊度参数,Kalman,滤波的在航解算（,OTF,）方法来处理,GPS,信号周跳。,山东科技大学测绘科学与工程学院,z,Y,22,二、航摄仪摄站坐标的测定,3,、,GPS,天线相位中心与投影中心的几何关系,GPS,定 位 是 指 确 定,安装在机身顶部的,GPS,天线相位中心的位置。,这一位置数据可满足导,航需要，但摄影测量中，,所要提供的是摄影机投,影中心的位置。实际作,业中，考虑到各种因素，,天线的相位中心不可能,完全与摄影中心相重合，,机载,GPS,天线相位中心,A,Z,M,y x,航摄仪投影中心,S,y,x,X,它们之间总存在着一个,空间偏移。,GPS,天线相位中心与投影中心的几何关系,山东科技大学测绘科学与工程学院,23,GPS,航空摄影系统的空间偏移,GPS,天线,Z,w,X,v,u,Y,山东科技大学测绘科学与工程学院,A,s,24,二、航摄仪摄站坐标的测定,3,、,GPS,天线相位中心与投影中心的几何关系,设,A,点在像空间坐标系,S-xyz,中的坐标为,(u,v,w),，即偏移,量。,A,点在以,M,为原点的大地坐标为,X,A,Y,A,Z,A,，摄影中心,S,在同一坐标系中的坐标为,X,S,Y,S,Z,S,，利用像片的姿态角,，,，,可得到下列变换关系式：,X,A,X,s,u,Y,Y,R,v,Z,A,Z,s,w,R,R,R,w,R,k,该式为一非线性方程，其中,X,A,Y,A,Z,A,为实际观测量，,，,，,，,u,，,v,，,w,，,X,S,Y,S,Z,S,为未知数，若已知其近似值，上式,的线性化为：,山东科技大学测绘科学与工程学院,Y,S,A,A,25,二、航摄仪摄站坐标的测定,3,、,GPS,天线相位中心与投影中心的几何关系,v,X,dX,S,d,du,X,A,X,A,v,dY,A,d,R,dv,Y,Y,v,Z,dZ,S,d,dw,Z,A,Z,A,式中：,d,d,d,dX,S,dY,S,dZ,S,为像片外方位元素的未知数增量；,du,dv,dw,为天线,相机偏移分量未知数增量；,A,为未知数,d,d,d,的系数矩阵；,R,为未知数,du,dv,dw,的系数矩阵，实为旋转矩阵；,X,A,Y,A,Z,A,为由,GPS,测定的天线相位中心坐标；,X,A,Y,A,Z,A,为由未知数近似值按式计算的天线相位中心坐标；,山东科技大学测绘科学与,工程学院,Y,0,A,A,s,26,二、航摄仪摄站坐标的测定,X,Z,Z,X,X,Y,sin,Y,X,sin,Z,cos,Z,Y,sin,w,v,sin,0,u,sin,w,cos,u v,cos,c,3,v,b,3,w,d,c,3,u,a,3,w,d,b,3,u,a,3,v,d,X,0,c,3,b,3,X,Y,c,3,0,a,3,Y,Z,b,3,a,3,0,Z,X,A,X,s,u,Y,Y,R,v,Z,A,Z,s,w,山东科技大学测绘科学与工程学院,27,二、航摄仪摄站坐标的测定,3,、,GPS,天线相位中心与投影中心的几何关系,漂移误差补偿,在高动态航空摄影作业条件下，飞机起飞和拐弯时，有,可能致使,GPS,信号落于接收机天线的方向截止角内，从而引,起接收机跟踪环路失锁，导致周跳的发生；此外，由于机身,或机翼的遮挡，使卫星信号记录中断。一旦信号失锁，接收,机跟踪环路重新锁定时，或者长时间观测过程中卫星星座发,生改变时，均需要重新确定初始相位模糊度。目前，一些高,级的动态,GPS,定位软件，对短期,(,小于,5,秒,),的信号失锁并持续,观测到至少,4,颗以上卫星的部分卫星信号中断可重新修复初,始相位模糊度，但在长达,10,秒钟以上的信号失锁和仅连续观,测到,3,颗或更少卫星的情况下，只好采用伪距法来近似恢复,初始相位模糊度。,山东科技大学测绘科学与工程学院,A,s,Y,0,Y,28,.,二、航摄仪摄站坐标的测定,3,、,GPS,天线相位中心与投影中心的几何关系,在摄影过程中，信号失锁是不可避免的，因而在动,态定位过程中，需要随时确定初始相位模糊度，理想的方,法是在平差中补偿摄站坐标系统漂移误差。具体做法是将,下列观测值方程引入联合区域网平差中，一并解求漂移误,差改正参数。,X,A,X,s,u,a,X,b,X,Y,Y,R,v,a,(,t,t,),b,Z,A,Z,s,w,a,Z,b,Z,式中，,t,0,为参考时刻；,a,X,a,y,a,Z,b,X,b,y,b,Z,为,GPS,摄站坐标,漂移系统误差改正参数,山东科技大学测绘科学与工程学院,Y,S,Y,Y,A,A,29,二、航摄仪摄站坐标的测定,4,、,GPS,摄站坐标观测方程,摄影测量平差中解求的未知数不外乎是航摄像片的,9,个方位元素,f,，,x,0,，,y,0,，,，,，,，,X,s,Y,s,Z,s,和目标点的地,面三维坐标,X,Y,Z,，将,GPS,摄站坐标引入后会增加偏心分,量,u,v,w,和线性漂移误差改正参数,a,X,a,Y,a,Z,b,X,b,Y,b,Z,等未,知数。,GPS,摄站坐标误差方程形式为,v,X,dX,S,d,du,a,X,b,X,X,A,X,A,v,dY,A,d,R,dv,a,b,(,t,t,0,),Y,Y,v,Z,dZ,S,d,dw,a,Z,b,Z,Z,A,Z,A,山东科技大学测绘科学与工程学院,Y,d,0 1 0,dX,S,dY,a,0,A,A,b,X,t,t,0,Y,30,二、航摄仪摄站坐标的测定,4,、,GPS,摄站坐标观测方程,v,X,v,A,v,Z,d,1 0 0,du,d,R,dv,0 0 1,dw,S,dZ,S,1 0 0,t,t,0,0 1 0 0,0 0 1 0,0,t,t,0,0,a,X,0,Y,X,A,X,A,a,Z,Y,Y,b,Z,A,Z,A,b,Z,山东科技大学测绘科学与工程学,院,T,T,T,31,二、航摄仪摄站坐标的测定,4,、,GPS,摄站坐标观测方程,上式写成矩阵形式为,V,G,A t,Rr,Dd,L,G,它是,GPS,摄站坐标的观测方程，是,GPS,辅助空中三角,测量新增的基本方程式，式中,v,X,A,V,G,v,Y,A,为,GPS,摄站观测坐标值的改正数向量；,v,Z,A,t,d,d,d,dX,s,dY,s,dZ,s,为像片外方位元素未知 数的增量向量；,r,du dv dw,为偏心分量未知数的增量向量；,d,a,X,a,Y,a,Z,b,X,b,Y,b,Z,为线性,漂移误差改正数向量；,山东科技大学测绘科学与工程学院,t,t,0,0,0,32,二、航摄仪摄站坐标的测定,4,、,GPS,摄站坐标观测方程,W,V,sin,A,A E,0,U,sin,W,cos,U V,cos,c,3,V,b,3,W,a,3,W,c,3,U,b,3,U,a,3,V,1 0 0,0 1 0,0 0 1,为对应于,t,的系数矩阵。,R,为对应于,r,的系数矩阵 是由像片姿态角所构成的正交变换矩阵。,1 0 0,t,t,0,D,0 1 0 0,0 0 1 0,0,0,为对应于,d,的系数矩阵。,t,t,0,0,X,A,X,A,L,G,Y,A,Y,A,为,GPS,摄站坐标观测值的常数项向量。,Z,A,Z,A,山东科技大学测绘科学与工程学院,33,三、,GPS,辅助航摄仪内方位元素的测定,1,、问题的提出,在近似垂直摄影条件下，由于,f,，,x,0,，,y,0,和，,X,s,Y,s,Z,s,之间存在着相互抵偿的关系，根据最小二乘原理所构成的法,方程未知数强相关，从而导致法方程处于不良状态，引起未知,数解的不稳定。为避免这种情况发生，摄影区域中的地面控制,点间必须要有足够大的高差。,在传统的航空摄影测量作业中，总是将航摄仪的内方位元,素,f,x,0,y,0,和像片的外方位元素，,X,s,Y,s,Z,s,分开来求解。,f,x,0,y,0,一般由航摄仪生产厂家或由航摄仪鉴定单位定期,在实验,室采用物理方法检定。,GPS,引用到摄影测量领域后，已知外方位元素中三个线元,素,X,s,Y,s,Z,s,的近似值，可极大地克服,内、外方位元素间的强相,关。,山东科技大学测绘科学与工程学院,T,T,T,T,T,34,三、,GPS,辅助航摄仪内方位元素的测定,2,、,GPS,辅助航摄仪内方位元素测定的基本原理,误差方程：,共线方程式,V,X,At,Bx,Ii,L,X,权,P,X,(a),GPS,方程式,V,C,V,I,E,x,x,E,I,i,L,C,L,I,权,P,C,(b),权,P,I,(c),虚拟方程式,V,G,A t,Rr,Dd,L,G,权,P,G,(d),t,d,x,dX,i,dx,0,d,dY,dy,0,d,dX,s,dY,s,dZ,s,为像片外方位元素未知 数的增量向量；,dZ,为物方点坐标未知数增量向量；,df,为像片内方位元素未知 数增量向量；,r,du dv dw,为偏心分量未知数增量向量；,d,a,X,a,Y,a,Z,b,X,b,Y,b,Z,为线性,漂移误差改正数向量；,山东科技大学测绘科学与工程学院,A,B,I,i,0 1 (,y,y,0,)/,f,35,三、,GPS,辅助航摄仪内方位元素的测定,2,、,GPS,辅助航摄仪内方位元素测定的基本原理,a,11,a,12,a,13,a,14,a,15,b,11,b,12,b,13,b,14,b,15,a,14,a,15,a,16,a,24,a,25,a,26,a,16,b,16,为未知数,t,和,x,的系数矩阵；,1 0 (,x,x,0,)/,f,为误差方程中相应于 未知数的系数矩阵；,A,R,D,为相应于,t,r,d,未知数的系数矩阵,.,山东科技大学测绘科学与工程学院,36,三、,GPS,辅助航摄仪内方位元素的测定,2,、,GPS,辅助航摄仪内方位元素测定的基本原理,当一张像片上可量测到,5,个分布合理的地面控制点，,且事先已用地面测量手段精确测得了偏心分量时，不妨令,x=r=0,则由（,a,）、（,c,）、（,d,）三式就构成了,GPS,辅助,单片空间后方交会的误差方程。当量测的点数多于,5,个时，,则可对此基础方程按最小二乘平差原理建立法方程，一并,解求航摄仪的内方位元素,f,x,0,y,0,和像片的外方位元素，,，,X,s,Y,s,Z,s,。,山东科技大学测绘科学与工程学院,37,三、,GPS,辅助航摄仪内方位元素的测定,3,、,Wild RC-20,航摄仪内方位元素的测定,方案一：单片空间后方交会解法，仅解求像片的,6,个外方位元素，,，,X,s,Y,s,Z,s,，内方位元素,f,x,0,y,0,为,Wild,厂随机提供的年,实验室检定值。,方案二：在无,GPS,摄站坐标的情况下，利用地面控制点进行单片空,间后方交会计算，一并解求,6,个外方位元素和,3,个内方位元素。,方案三：,GPS,辅助单片空间后方交会解法，平差计算中同时解求,6,个外方位元素和,3,个内方位元素。,方案四：在区域四角布设,4,个平高地面控制点的,GPS,辅助光束法区,域网平差中，在解求待定点坐标未知数的同时，一并解求,6,个外方位,元素和,3,个内方位元素。,方案五：在无任何地面控制点的情况下，利用,GPS,辅助光束法区域,网平差来同时解求,6,个外方位元素和,3,个内方位元素。,山东科技大学测绘科学与工程学院,38,三、,GPS,辅助航摄仪内方位元素的测定,3,、,Wild RC-20,航摄仪内方位元素的测定,在方案一、二、三的单片空间后方交会计算方案中，,利用了像片上所有的点（每片,11-39,个不等）参与最小二,乘平差求解航摄仪内方位元素,f,x,0,y,0,的最佳估值。这些,点的地面坐标均取自于利用,149,个地面标志点作定向点,进行自检校光束法区域网平差所得到的加密结果，其三,维坐标的理论精度为,m,X,4.5,cm,m,Y,6.4,cm,m,Z,5.9,cm,山东科技大学测绘科学与工程学院,方,案,一,二,三,四,39,3,、,Wild RC-20,航摄仪内方位元素的测定,五种方案下，,32,张像片内方位元素的检定结果总列于下表：,参数,0,m,平均值,9.0,方位元素解算精度,(,),(,),(,)X,S,m Y,S,m Z,S,m x,0,m,0.40 0.49 0.08 0.22 0.18 0.05,y,0,m,内方位元素检定值,f,m x,0,mm y,0,mm f mm,-0.0030 0.017 303.8600,最大值,12.2,最小值,6.1,平均值,8.1,最大值,11.6,0.82 1.19 0.17 0.53 0.38 0.12,0.26 0.26 0.05 0.12 0.12 0.02,0.65 0.94 0.11 2.94 3.41 19.26 598.85 676.94 3841.02-0.5861-0.5996 301.7942,1.49 2.33 0.23 13.98 16.35 83.02 2785.90 3251.15 16509.84 0.2728 0.5334 307.4468,最小值,5.1,0.28 0.28 0.05 0.30 0.30 2.01,67.67,80.70,424.80 -2.8819-9.5883 282.7140,平均值,9.2,0.41 0.48 0.09 0.22 0.19 0.10,9.19,9.19,8.83,-0.0046 0.0167 303.8911,最大值,12.2,0.77 0.99 0.17 0.44 0.36 0.14,12.21,12.22,11.74 -0.0028 0.0196 303.9552,最小值,6.2,0.26 0.25 0.05 0.12 0.12 0.07,6.13,6.13,5.91,-0.0064 0.0140 303.8049,平均值,10.3,五,平均值,10.1,0.54 0.67 0.17 0.26 0.31 0.12,0.52 0.65 0.88 0.30 0.36 0.12,10.25,10.07,10.25,10.07,10.20 -0.0090 0.0195 303.8667,10.07 -0.0033 0.0143 303.8582,注：像片方位元素的解算精度为理论精度，即,m,i,0,(,Q,XX,),ii,(,i,X,S,Y,S,Z,S,x,0,y,0,f,),山东科技大学测绘科学与工程学院,40,三、,GPS,辅助航摄仪内方位元素的测定,3,、,Wild RC-20,航摄仪内方位元素的测定,上表中，方案二的计算结果表明，内、外方位元素,的测定精度最低；,上表中，方案三的计算结果表明，内、外方位元素,的解求精度最高；,在利用,GPS,辅助光束区域网平差一并解求内、外方,位元素的方案四和五中，同样获得了极高精度的内方,位元素检定值。,山东科技大学测绘科学与工程学院,T,d,T,T,T,T,41,四、,GPS,辅助光束法区域网平差,1,、,GPS,辅助光束法区域网平差原理,误差方程式,V,X,At,Bx,Cc,L,X,权,P,X,(,a,),V,C,V,s,E,x,x,E,C,c,L,C,L,S,权,P,C,(,b,),权,P,S,(,c,),V,G,A t,t,d,d,Rr,Dd,L,G,权,P,G,(,d,),dX,s,dY,s,dZ,s,为像片外方位元素未知 数的增量向量；,x,dX,dY,dZ,为物方,点坐标未知数增量向量；,c,a,1,a,2,a,3,为自检校参数向量；,r,du dv dw,为偏心分量未知数增量向量；,d,a,X,a,Y,a,Z,b,X,b,Y,b,Z,为线性,漂移误差改正数向量；,山东科技大学测绘科学与工程学院,42,四、,GPS,辅助光束法区域网平差,1,、,GPS,辅助光束法区域网平差原理,法方程的矩阵形式为：,B,T,B,P,C,A,T,B,C,T,B,B,T,A,A,T,A,A,T,P,G,A,C,T,A,R,T,P,G,A,D,T,P,G,A,B,T,C,A,T,C,C,T,C,P,S,x,B,T,L,X,P,C,L,C,A,T,P,G,R A,T,P,G,D,t,A,T,L,X,A,T,P,G,L,G,c,C,T,L,X,P,S,L,S,T T T,R P,G,R R P,G,D,r,R P,G,L,G,D,T,P,G,R D,T,P,G,D,d,D,T,P,G,L,G,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,山东科技大学测绘科学与工程学院,C,对,43,GPS,辅助光束法区域网平差法方程系数阵,1,17,加密点坐标未知数,3 5 7 9 11 13,19,15,A,N,B,O,像片外方位元素未知数,D E F G H I J,K L,M,附加参数,c r d,1,A,5,D,9,G,13,J,M,17,2,6,10,14,18,B,E,H,K,N,3,C,4,7,F,8,11,I,12,15,L,16,19,O,20,转,置,1,，,2,，,，,20,待定点名,A,，,B,，,，,O,像片名,平高地面控制点,称,项,山东科技大学测绘科学与工程学院,a.,b.,44,建议采用的地面控制方案,4,角平高控制点,+,2,排高程控制点,平高地面控制点,4,角平高控制点,+,2,条垂直构架航线,高程地面控制点,山东科技大学测绘科学与工程学院,45,中国,GPS,空三试验区分布图,新疆,(20022004),承德,(1998),面积,:142000,km,2,面积,:81000,km,2,酒泉,(2004),面积,:32000,km,2,敦煌,(2004),面积,:25000,km,2,黑龙江,(19961998),面积,:17600,km,2,北京,(19961998),面积,:205,km,2,天津,(1995),面积,:1100,km,2,太原,(1994),面积,:10,km,2,秦岭,(2004),面积,:24000,km,2,中越边界,(19961998),面积,:10700,km,2,海南岛,(19961998),面积,:30000,km,2,总面积：,364000,km,2,加密区：,150000,km,2,山东科技大学测绘科学与,工程学院,46,太原试验,(1994,年航空摄影,航摄比例尺,1:5000,丘陵地,),山东科技大学测绘科学与工程学院,47,太原试验结果,(1994,年航空摄影,航摄比例尺,1:5000,丘陵地,),1024,胶片，,RC-30(152,mm,),，区域为,3,8,，,Trimble 4000,，,2s,数据更新率,全为标志点,(,常规光束法平差须布设个,12,平高点和个,2,高程点,),平 差 方 案,o,检查点数,理论精度,(cm),实际精度,(cm),m,平面,高程,平面,高程,平面,高程,密周边布点,光束法区域网平差,四角布点,GPS,辅助光束法平差,无地面控制,GPS,辅助光束法平差,10.3,10.4,9.7,94,103,103,91,95,95,5.4,6.5,11.3,22.5,23.3,24.0,5.2,7.9,23.2,16.0,18.1,35.2,对于,1:1000,航测成图，检查点不符值：平面,0.5m,，高程,0.40m,对于,1:,500,航测成图，检查点不符值：,平面,0.5m,，高程,0.35m,山东科技大学测绘科学与工程学院,48,太原试验,(1994,年航空摄影,航摄比例尺,1:5000,丘陵地形,),山东科技大学测绘科学与工程学院,49,太原试验,(1994,年航空摄影,航摄比例尺,1:5000,丘陵地形,),山东科技大学测绘科学与工程学院,50,i,四、,GPS,辅助光束法区域网平差,2,、试验结果与分析,太原试验,太,原试验区光束法区域网平差结果,检查点数（个）,理论精度,实际精度,平差方案,密周边布点,光束法区域网平差,0,m,10.3,平面,94,高程,91,平面,/,cm,5.4,高程,/,cm,22.5,平面,/,0,1.0,高程,/,0,4.4,平面,/,cm,5.2,高程,/,cm,16.0,平面,/,0,1.0,高程,/,0,3.1,四角布点,GPS,辅助光束法平差,10.4,103,95,6.5,23.3,1.3,4.5,7.9,18.1,1.5,3.5,无地面控制,GPS,辅助光束法平差,9.7,103,95,11.3,24.0,2.3,4.9,23.2,35.2,4.8,7.2,注：,1,。密周边布点是指在区域的四周平均约两条基线布设一个平高地面控制点、在区域,的中央大约每隔,4,条基线布设一个高程地面控制点（以下同）。,2,。,0,反映像片坐标量测精度，为光束法区域网平差的单位权中误差；,理论精度系由未知数协方差矩阵求出的平均中误差，即,m,i,0,tr,(,Q,XX,),ii,n,;,实际精度是由检查点坐标不符值求出的平均中误差，即,i,2,n,(,以下同,).,山东科技大学测绘科学与工程学院,51,四、,GPS,辅助光束法区域网平差,2,、试验结果与分析,天津生产性试验,天津测区光束法区域网平差结果,平差方案,0,m,检查点最大,残差,/m,平面 高程,平面,/,m,理论精度,高程,/,平面,/,m,0,高程,/,0,平面,/,m,实际精度,高程,/,平面,/,m,0,高程,/,0,密周边布点,光束法区域网平差,17.7,4.504,2.461,0.961,1.795,1.5,2.7,2.451,1.107,3.7,1.7,四角布点,GPS,辅助光束法平差,16.4,4.641,2.606,1.067,1.364,1.7,2.2,2.464,1.206,4.1,1.9,无地面控制,GPS,辅助光束法平差,17.4,5.801,8.641,5.275,3.856,8.2,6.0,3.509,5.644,4.8,8.8,山东科技大学测绘科学与工程学院,52,四、,GPS,辅助光束法区域网平差,二、试验结果与分析,天津生产性试验,构架航线对区域网平差结果的改善,平高控制点,（,a,）四角平高控制点,+,两排,垂直高程控制点,高程控制点,（,a,）四角平高控制点,+,两条,垂直构架航线,图 用于改正,GPS,摄站坐标系统漂移误差的地面控制布设方案,山东科技大学测绘科学与工程学院,53,四、,GPS,辅助光束法区域网平差,二、试验结果与分析,天津生产性试验,构架航线对区域网平差结果的改善,天津测区带构架航线的光束法区域网平差结果,平差方案,0,m,检查点最大,残差,/m,平面 高程,平面,/,m,理论精度,高程,/,平面,/,m,0,高程,/,0,平面,/,m,实际精度,高程,/,平面,/,m,0,高程,/,0,密周边布点,光束法区域网平差,19.5,4.417,2.942,0.989,1.699,1.6,2.4,2.372,1.123,3.3,1.6,四角布点,GPS,辅助光束法平差,17.6,4.361,2.874,1.234,1.316,1.9,2.0,2.474,1.243,3.8,1.9,无地面控制,GPS,辅助光束法平差,19.3,5.637,7.520,5.817,4.233,8.1,5.9,2.878,4.900,4.0,6.9,山东科技大学测绘科学与工程学院,54,四、,GPS,