POS輔助空中三角測量在大比例尺航空攝影測量中的應用研究

劉愛霞　吳文靜

摘 要：POS輔助空三技術的應用使得傳統航空攝影測量擺脫了對于大量地面控制點的依賴性，在提高作業效率的同時也帶來了很大的經濟效益。該文結合具體的生產項目，對1∶1 000大比例尺測圖中POS輔助空三的精度進行分析，并通過實驗探討像控點布設的最優方案，為POS輔助空三在1∶1 000成圖中的應用提供技術依據。

關鍵詞：POS輔助空中三角測量 像控點布設 最優方案 精度分析

中圖分類號：P23 文獻標識碼：A 文章編號：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

近幾年，將POS系統應用到航空攝影測量領域成為研究熱點。POS系統主要由GPS和IMU兩個核心部件組成，GPS 用于獲取影像的空間坐標，IMU 用于記錄三個姿態角，將POS系統與航攝儀集成在一起，通過聯合解算可以直接獲取到每張像片的6個外方位元素。

POS 輔助航空攝影測量方法主要包括：

（1）直接定向法（Direct Georeferencing，DG）[1]，采用IMU/GPS輔助航空攝影技術，得到每張像片的外方位元素，實現無需地面控制點的航空攝影測量方法。

（2）輔助定向法（Integrated Sensor Orientation，ISO）[2]，即將POS系統獲取的每張像片的外方位元素作為帶權觀測值參與攝影測量區域網平差，進而得到每張像片的高精度外方位元素。

該文重點研究了POS輔助定向法滿足1∶1 000成圖精度的像控點布設方案，為項目的進一步執行提供技術參考。

1 POS輔助空中三角測量

1.1 POS輔助空中三角測量

POS輔助空中三角測量，國際上也稱為ISO（Integrated Sensor Orientation），是將基于GPS/IMU 組合系統直接獲取的每張像片的外方位元素，作為帶權觀測值參與攝影測量區域網平差，獲得更高精度的像片外方位元素成果。

POS輔助空中三角測量實際使用時，是將GPS/IMU獲取的位置和姿態數據代入到空三運算中，利用像片匹配的連接點和地面控制點等輔助數據，可以獲得更高精度的結果。國際上大量實驗證明，即使僅用像片連接點，而不用地面控制點進行聯合平差，也能大大提高GPS/IMU獲得的外方位元素的精度，尤其是高程的精度和穩定性。如果再加入地面控制點，則整個模型非常穩健，計算結果的精度接近于常規空三結果。有研究結果表明，僅用1個地面控制點就達到很高的精度，使用2個地面控制點精度進一步提高，當加到3個、4個地面控制點時，精度雖有提高但已不明顯，因此考慮到粗差的檢測以及整體的穩定性，一般在測區4角加入地面控制點比較合理。

1.2 POS輔助空中三角測量的應用前景

目前我國國民經濟的各行各業對大比例尺圖件的需求與日俱增，由于傳統的空中三角測量的精度受各種條件的限制，而POS輔助空三加密技術可以彌補傳統空三加密的缺陷，不僅改變了過去先進行航攝、接著對外業的像片控制點進行測量 ，最后進行內業的空三加密工序流程，而且提高了精度，減少作業的程序。提高了作業效率，為最終實現數字攝影測量的自動化生產奠定了堅實的基礎。進一步將空三加密成果精度得到提高，使大比例尺成圖精度達到國家規范要求有了更高的保障。所以，POS輔助空中三角測量的技術更加完善，其應用即將更加廣泛。

同時，POS輔助空中三角測量解決了西部困難重重的地形復雜地區，無法進行外業控制測量的難題，使得測繪小比例尺圖件成為現實。相信，不久的將來在我國所有的疆域上不再有測繪者不能測量的地方，使航空攝影測量在我國國民經濟發展的西部大開發中發揮更大的作用。

2 實驗研究

2.1 項目概況

新疆測區地處我國西北邊陲，地形以山間平原盆地和河谷地為主。測區東北部多為山地，海拔較高；其他地區以山間平原盆地和低矮丘陵為主，地勢比較平坦，地形起伏不大。地形類別以平地、丘陵地為主，包含部分山地。

該實驗數據選用新疆項目所獲取的航空影像，采用POS輔助航空攝影技術，所使用的相機為UCXp相機，相機焦距為100 mm，CCD面陣像元數為17 310×11 310，像元尺寸為6 um，設計影像地面分辨率為0.08 m，相對航高為1 330 m。該實驗選取了5條航線，每條航線約27張影像，共計133張影像?？杖用懿捎贸Ｒ幙杖?， POS輔助空三四點法、五點法、六點法進行區域網平差計算。