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 武汉大学研制成功了相应的GPS差分动态定位软件 DDkin（GPS kinematic positioning）
GPS动态定位软件 DDkin
《摄影测量学》第三章
GPS辅助空中三角测量
山东理工大学
建筑工程学院 测量系
主要内容

摄影测量加密方法回顾


GPS辅助空中三角测量
POS辅助空中三角测量
一、传统摄影测量加密
S
S
Z 待定点 高程控制点 Y X 平高控制点
传统摄影加密的三种方法
像片坐标
相对定向

航带法 解求航线的非线性
计算/量测独立模型
酒泉 (2004) 面积:32000km2
敦煌 (2004) 面积:25000km2
总面积： 364000 km2 加密区： 150000km2
太原试验
(1994年航空摄影,航摄比例尺1:5000,丘陵地)
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(152mm)，区域为 3 × 8，Trimble 4000，2s数据更新率
空三 加密
前方交会解算 地面点坐标
二、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，经过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，以取代地面控制，经采用统一的数学模型和 算法来整体确定目标点位和像片方位元素，并对其质 量进行评定的理论、技术和方法 目的是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

投影中心与GPS天线相位中心之几何关系
机载GPS天线相位中心 A w v S u 航摄仪投影中心 y x Z
X A u X s Y R v Y A s w Z A Z s
M
Y
航线构成

改正参数 独立模型法 解求模型的相似变 换参数
光束法
计算/量测航线 独立模型法 初步航带平差 航带法 区域网平差

光束法 解求像片的外方位 元素及物点坐标
传统的摄影测量目标定位过程
航空 摄影 外业 控制
像控测量
获得GCP坐标
空三加密解算像片 外方位元素
Xs, Ys, Zs, , ,
GPS辅助光束法平差的精度
地面控制点
单位权中误差（um） 检 查 点 数 平面 最大残差 （m） 高程 平面 最小残差 （m） 高程 平面 中 误 差 （m） 高程 无
2.4 34 118.090 -13.011 113.295 -5.054 115.220 8.123
GPS 辅助光束法平差

误差方程是在自检校光束法区域网平差基础上顾 及投影中心与机载GPS天线相位中心几何关系所得 到的一个基础方程

法方程仍为镶边带状矩阵,但边宽加大了,而其良好 稀疏带状结构并没有破坏。因此可用传统的边法 化边消元的循环分块解法求解
测区两端必须要布设足够的地面控制点或采用特 殊的像片覆盖图
精度
m X s mYs mZ s 5 ~ 10cm m m 0.005 18 m 0.01 36
POS航空摄影系统的空间偏移
空间前方交会
B X X s2 X s1
X X s •单模型点投影系数法 Y Ys Z Zs
机载天线相位中心 A w v u
S 航摄仪投影中心
天线
GPS天线 放大器
GPS信号 接收机
航摄仪
带GPS信号接收机的航空摄影系统
GPS航空摄影系统的空间偏移
Z
X
Y
GPS摄站坐标解求
状态方程 X k Φk,k1 X k 1 Bk b +Γk 1Wk 1 观测方程 Yk H k X k Dk d + Vk
•多片最小二乘平差法
v x a11 a12 v y a 21 a 22
X a13 x x 0 Y 0 a 23 y y Z
POS辅助空中三角测量
z y

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
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
o
m 10.3 10.4 9.7
检查点数
平面 高程
理论精度
(cm)
平面 高程
实际精度
(cm)
平面 高程
94 103 103
X
GPS摄站坐标误差方程
顾及动态GPS定位之系统误差
X A X S bX u a X v a (t t ) b Y Y R 0 A S Y Y w Z A a Z bZ Z S
线性化之误差方程
v X v Y v Z
A
A
A
X A , YA , Z A , ,
X A X S u a X bX X A YS R v aY (t t0 ) bY YA YA Z w a b S Z Z Z A 算 Z A 测

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
GPS辅助光束法区域网平差法方程系数阵
加密点坐标未知数
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 A B C D
像片外方位元素未知数
E F G H I J K L M N O
附加参数 c r d
1 A
×
D
5
×
G
9
×
13 J M
3. 无地面控制 GPS 辅助光束法区域网平差具有较大 的系统误差，实际精度与理论精度相差较远。但 成果仍能满足了1:25000地形图航测成图精度要求
三、 POS辅助空中三角测量
• POS系统测定像片外方位元素
Xs, Ys,接传感器定向）
•
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
太原试验
(1994年航空摄影,航摄比例尺1:5000,丘陵地形)
I I
IMU旋转中心
x I
w v
I
u
航摄仪投影中心
R RIMU RB
b3 arctg() a b c 3 arcsin(a ) + a + ( t t ) 3 0 b a a arctg(- 2 ) b a 1
17
× ×
2 B
× × ×
6 E
× × ×
10 H 11 I
× × ×
14 K
18 N 19 O
× ×
3 C
7 F
15 L
转 置 对 称 项
4
8
12
16
20
1，2，…，20 待定点名 A，B，…，O 像片名 平高地面控制点
建议采用的地面控制方案
a.
4角平高控制点 + 2排高程控制点 平高地面控制点
S
y x
Z
Y M X
检校场的布设
飞机进场时 飞S弯
布设检校场
北京测区试验
(2003年摄影，比例尺1:8000，平地)
北京测区试验
(2003年摄影，比例尺1:8000，平地)
POS系统所确定加密点坐标的精度
系统误差改正前 系统误差改正后 前方交会
34 0.666 0.734 0.799 1.071 0.012 -0.101 0.135 0.005 0.000 0.000 0.000 0.000 0.264 0.361 0.448 0.322
POS辅助空中三角测量
（集成传感器定向）
POS系统
航摄相机 导航控制系统 IMU高精度姿态测量系统 IMU与相机连接架
机载DGPS天线
地面DGPS基站接收机
目前国际商用系统：
1、加拿大POS系统 2、德国Aerocontrol IId系统
POS系统
直接测量 摄影时刻 像片位置 与姿态
B T B + Pc BT A B TC x B T l x + Pc l x T T T T T T T T A Pg R A Pg D t A l x + A Pg l g A B A A A Pg A A C CTB CTA C T C Pg c C T l x + Ps l s T T T T R Pg A R Pg R R Pg D r R Pg l g d T T T T D P l D P A D P R D P D g g g g g