试述航空摄影测量中POS技术的应用

试述航空摄影测量中POS技术的应用

聂武1王睿2李冶2

关键词：航空摄影测量；POS技术；应用

POS测量技术是目前航空摄影测量最先进的技术，它集精确的定姿、定位于一体，结合高分辨率的数字摄影成果，极大地提高了加密像控点和外方位元数的解算精度，使得立体像对的建立与地面坐标系统的统一精度更高了，从而提高了立体测图精度。引入POS技术的数字摄影测量，由于成图速度快、精度高的优点，在大面积的工程地形测量中，具有独特的优势。POS数字航空摄影测量系统，由自动定姿系统(IMU)与实时差分定位系统组成DGPS组成，包括地面基准站、卫星组及航空摄影站。IMU系统可精确测定航摄站在摄影瞬间的姿态参数;DGPS定位系统是利用地面基准站与摄站中心的流动站之间的差分技术，精确测定设站中心的空间坐标。立体测图是在立体模型上采集数据，立体模型是通过航空摄影获取的立体像对经过相对定向建立。立体测图的几何精度主要靠基像控点的精度与外方位元数的精度来保证。立体模型的建立以及立体模型与地面控制系统的统一，是通过野外像控测量的方法完成。传统的方法是，在野外选择条件合适的目标点打桩并在像片上刺点，然后将地面目标点采用控制测量的方法进行连测，求得像控点的地面坐标，最后利用像控点的像片坐标与地面坐标，以共线方程解算出像片基本定向点的地面坐标及其外方位元素，供立体像对的构建及与地面控制系统的统一。引入POS技术后，由于DGPS空间定位精度与IMU惯性定姿精度很高，因此，大大地提高了像片基本定向点与外方位元素的解算精度，从而保证了地形图测绘的几何精度。

一、误差分析

1.1惯性导航系统误差

1.1.1TMU仪表误差

该系统误差是指惯性器件陀螺和加速度计部件出现故障所致，大致可分为静态误差和动态误差两种形式。其中，陀螺误差主要是因为陀螺常值漂移和随机漂移以及陀螺温度特性等因素所致，而加速度计误差则因为随机漂移和温度特性因素所引起。另外，动态误差也是惯性导航系统中最为常见的误差现象，其一般都是因为载体机动对惯性器件造成影响所致，因此，必须对TMU仪表误差进行相应的完善，可通过建立误差模型来实现。

1.1.2初始对准误差

通常，惯性导航系统在进行导航解算工作时，都会先进行初始校准，若是在这一过程中出现初始位置输入错误、初始速度不准确等操作行为，则势必会引起初始对准误差现象，进而给后续导航解算的顺利开展造成很大的阻碍，因此，应尽量采取有效控制方法来减少初始对准误差的产生。

1.1.3计算误差与运动干扰误差

计算误差一般以数字量化误差、参数设置误差、计算中的舍入误差等为主。而运动干扰误差则是由于系统受到冲击和震动所引起的误差现象，在惯性导航系统误差中，该误差的发生几率也是最为明显，必须设法将其消除，这样才能保证航空摄影测量的准确度。

1.2卫星导航系统误差

1.2.1卫星时钟误差

GPS系统在进行航空测量工作时，都是依靠测量卫星信号的传播时间来进行测距的，若是信号传播时间出现误差，则势必会影响测距结果的精确性。因为GPS系统中各卫星钟的运行要求必须与地面站同步，这样就会导致卫星钟的计时存在着漂移值，进而形成卫星时钟误差，针对这种误差现象，相关工作人员可以利用接收机来接收卫星导航电文中的钟差参数，这样就可直接对卫星时钟误差进行修正，使其恢复到正常的计时。

1.2.2卫星星历误差

卫星星历误差是指GPS卫星星历提供的卫星空间位置与实际位置产生的误差参数。一般情况下，星历数据都是由地面监控站直接注入卫星，而监控站对于卫星测量的误差、卫星运动时的摄动因素等都会造成一定的影响，进而很容易会出现星历误差，这种误差现象很难利用技术手段将其完全消除。

1.2.3电离层与对流层折射误差

当地面接收机接收卫星发射电波时，其必须通过电离层与对流层才能传递给GPS接收天线。因为电磁波在不同介质中的传播特性也是不尽相同，电波电离层与对流层一旦出现折射现象，则延时误差就会相继产生，也就是业界常说的折射误差，这种误差现象的消除必须建立电离层与对流层模型来加以改正。

二、POS系统在航空摄影中的具体应用

2.1技术要求

首先，IMU器件是POS系统中用来测量姿态角的主要测量装置，其对于测角中误差的精度有着很高的要求，规定横滚角和俯仰角误差要以小于于0.07。为基准，航向角误差要以小于0.02。为基准；记录频率必须要大于50Hz。因此，现下符合这种技术要求的测量系统只有精密级惯性器件。

其次，差分GPS接收机是POS系统中定位测量位置精度最高的测量装置，由于机载GPS天线通常都安设在航空飞行载体的外表面，所以只有确保其在高速运转的情况下也能进行正常工作，才能提高航空摄影测量的准确性和实效性。同时，航空摄影数据必须以厘米级的定位精度为基准，且GPS接收机要采用高精度动态载波相位差分模式，其最小采样间隔要保持1s以内，这样才能完全确保测量数据的精准度。

2.2应用方案分析

一般情况下，航空摄影中的POS系统都是由高精度的GPS装置和INS装置组合而成，但从本质上来看，其又与这两种组合系统有着很大的区别，GPS和INS装置主要应用于航空、航天、航海中的导航定位工作，这种组合装置在实际运行时必须依靠相应的载体设备来实现。而POS系统则一般应用在航空摄影测量工作中，可以对地球表面的地形、地貌等进行精准的定位，并会随着定位信息的不断变化而自动修正测量数据，同时，即使系统处于离线状态，则也可对相应的导航信进行处理和分析，进而获得比实时更好的定位精度，基于此，POS系统在航空摄影测量中所发挥的实效作用才能最大化显现。

因此，在实际应用时，相关测量人员可采用实时融合与事后处理两种应用方案，其中，实时融合是指将航空摄影中所测量的IMU数据和GPS数据进行实时融合，并要求PUS系统的各组成器件质量达到相应的规范标准。而事后处理是指将航空摄影中所测量的IMU数据和GPS数据进行有效的存储，并采用离线处理算法对所保存的数据进行信息融合，以此来获取到精度更高的测量数值。

由此可见，POS系统在航空摄影测量中的应用和数据处理，必须结合系统的不同应用阶段，采取不同的技术处理方案，这样才能顺利的完成航空摄影任务，获取到最理想的测量数据。

结语

综上所述，在航空摄影测量中，POS系统所起到的应用作用十分明显，为了使其刚好的发挥出测量优势，有关技术人员应对POS系统运行的测量误差进行全面的分析，并针对其具体应用方案进行综合性评估，看其是否能够满足航空摄影测量的需求，进而采取有效的科技技术来加以完善，这样才能保证航空测量的精度。

参考文献

[1]万辉,赖际舟,于明清等.航空摄影测量中POS系统高精度定位技术[J].测绘工程,2013.

[2]雷宁,任苗.航空摄影测量中机载POS系统的高精度定位定向技术研究[J].数字技术与应用,2013.