空中三角测量的精密单点定位技术应用

空中三角测量的精密单点定位技术应用

李振舟代杨硕贺磊宋亮刘博庸高腾飞

内蒙古北方时代设计研究院股份有限公司内蒙古赤峰市024000

摘要：在以往GPS（全球定位系统）辅助空中三角测量作业开展过程中，摄站点坐标主要利用过拆分定位的方法获取。而传统定位方法的应用，不仅增加了外业作业难度，而且促使整体作业经费大大提升。基于此，本文以GNSS精密单点定位（PPP）授时技术为研究对象，阐述了GNSS精密单点定位（PPP）授时技术工作原理，对空中三角测量中GNSS精密单点定位（PPP）授时技术的具体应用进行了简单的分析，以期为空中三角测量精度提升提供有效的借鉴。

关键词：空中三角；测量；GNSS精密单点定位（PPP）授时技术

前言：利用GPS（全球定位系统）动态定位技术，获取航空摄影曝光瞬间摄影中心空间位置及摄影测量区域网平差测量参数，是空中三角测量的主要内容。而GNSS精密单点定位（PPP）授时技术可以充分满足大比例尺成图的精度要求。据此，对基于精密单点定位的空中三角测量模式进行适当分析非常必要。

一、GNSS精密单点定位（PPP）授时技术概述

GNSS精密单点定位（PPP）授时技术主要是利用IGS（国际全球定位系统服务）提供的，或者独立计算的GPS（全球定位系统）卫星精密星历及精密钟差。在全球任意位置进行精度较高的位置确定。

二、空中三角测量的GNSS精密单点定位（PPP）授时技术应用

1、基于GNSS精密单点定位（PPP）授时技术的摄站点坐标获取

为了保证精密单点定位方法实际价值的充分发挥，首先，操作人员需要对以往航空摄像系统进行适当改造。即在航空摄像飞行设备外壳顶部增设高动态航空GPS（全球定位系统）双拼天线，以保证GPS（全球定位系统）卫星信号的有效接收。在这个基础上，实验操作人员可在机载GPS（全球定位系统）信号接收机顶部增设外部事件输入装置。如EventMarker接口，为航空摄像仪器曝光瞬时信息实时传入机载GPS（全球定位系统）信号接收机时标适当位置提供依据。

最后利用馈线，将航空摄像飞机外壳顶部高动态航空GPS天线、曝光传感器输出装置、脉冲输出装置、外部事件输入装置等几个模块连接，以形成完整的具备GPS信号接收功能的航空摄像系统。

在上述航空摄像系统构建完毕后，操作人员可以在飞行阶段，利用机载GPS（全球定位系统）接收机实时接收的GPS数据，构建GPS（全球定位系统）伪距坐标。若GPS（全球定位系统）伪距坐标在一定航向及旁向容差限度内，则操作人员可结合飞行速度，返回曝光Mark信号。最终经外部时间输入端口，传入GPS（全球定位系统）接收机及GPS（全球定位系统）时间标上。结合网上下载精密星历、精密钟差，可得到摄影瞬间GPS（全球定位系统）天线相位中心三维坐标。

2、基于GNSS精密单点定位（PPP）授时技术的系统误差方程构建

在航空摄影测量阶段，从理论层面进行分析，航空像片上像平面坐标、物方空间坐标间应一致。而由于实际航空飞行设备在飞行方向、飞行角度等方面的差距，其在整体飞行摄像过程中存在较大的飞行误差。因此，在GPS（全球定位系统）航空单点摄像系统运行过程中，操作人员可以从像点坐标、GPS（全球定位系统）摄站点坐标两个方面，利用Ebner模型，制定GPS（全球定位系统）辅助灌输法区域网平差误差方程。若b点为投影中心，则b点在物方坐标系中空间直角坐标为X、Y、Z。则e为影像外方位角元素α、β、γ方向余弦。此时，若一条航线漂移参数为bx、bY、bZ，摄像机曝光时刻、参考时刻为t、t0。且连续飞行时间在15.0min以内，则其系统误差优化方程为：

3、基于GNSS精密单点定位（PPP）授时技术的空中三角测量实践

为客观检测GNSS精密单点定位（PPP）授时技术定位精度及其在空中三角测量中应用的可行性，2019年01月12日，在内蒙古呼伦贝尔草原进行了一次带有试验性质的作业飞行，测区面积为28平方公里，试验中以国产密封-8小型飞机为航空摄影飞行平台，在平台上安设一Trimble6200GPS（全球定位系统）接收机。经事件端口与中国测绘科学研究院研制的JXDC-2型数码航摄仪连接，对曝光时刻GPS（全球定位系统）时间信息进行记录。同时在测量区域内，均匀布设28个地面控制点，采用GPS（全球定位系统）相对定位方式，从清晨7：00开始至8：00结束，机载GPS（全球定位系统）起飞前10min开始观测，整体观测时间在75min以下，观测数据频率为11Hz。依据1/2500摄像比例尺，飞行五条正常航线。在飞行期间，摄像机共进行了148次曝光。本次航空摄像采用的为敞篷小飞机，并遮挡了部分卫星信号。在飞机飞行方向不断变化的背景下，全部低高度角卫星信号均出现严重的中断情况。

针对上述情况，在动态定位数据处理前期，实验操作人员首先采用TriP软件，计算其中一个基准点点位坐标。同时以20点为基准站，用精密单点定位处理后差分动态基线解算软件GrafNav8.0，对飞行数据进行解算。通过对最终结果（表1）分析，发现精密单点定位三维坐标精度较高，且在Trio软件、GrafNav8.0动态定位结构精度相当。

表1内蒙古呼伦贝尔草原精密单点定位GPS（全球定位系统）辅助空中三角测量结果（局部）

总结

综上所述，精密单点定位可在脱离地面基准站支持的情况下，获得均匀的、与航空摄影测量需求相符的定位精度。因此，相关人员可以结合GNSS精密单点定位（PPP）授时技术应用特点，将精密单点定位成果应用于GPS辅助空中三角测量作业中，简化航测外业环节。结合GPD辅助光束法区域系统方程的应用，可以有效提高GPS辅助空中三角测量精度，保证实际生产中GPS（全球定位系统）辅助空中三角测量作业稳定开展。

参考文献

[1]王健，费鲜芸.浅析GNSS精密单点定位（PPP）授时技术在海洋控制测量中的应用[J].价值工程，2017，36（19）：205-207.

[2]张小红，李星星，李盼.GNSSGNSS精密单点定位（PPP）授时技术及应用进展[J].测绘学报，2017，46（10）：1399-1407.