IMU-DGPS辅助航空摄影地面测量在内蒙古自治区的应用

IMU/DGPS辅助航空摄影地面测量在内蒙古自治区的应用[摘要] 本文论述了摄影测量发展的一大趋势，解释了什么是imu/dgps辅助航空摄影测量，详细论述了我局采用mu/dgps辅助航空摄影测量的原因及其gps点的布设与观测方法。

说明了该项新技术应用于大规模生产实践，将为今后国家基本比例尺地形图更新，特别是西部无图区地形图生产提供技术规程。

[关键词] imu/dgps辅助航空摄影测量惯性测量 gps 外方位元素摄影测量的原理就是摄影光束相交得到地面点的点位。

确定投影光束（像片）的姿态需要有三个线元素和三个角元素（合称外方位元素）。

传统航测成图的方法利用地面控制点并通过空三加密反求光束的外方位元素。

该方法严重依赖地面控制点，在测区无法涉足或找不到合适的地面控制点（如沙漠、戈壁、森林及大草原）的地区，该成图方法受到了严重限制。

同时，传统航空摄影测量中像控测量的工作量和费用占很大的比重。

因此直接获取投影光束（像片）的外方位元素，无需大量的野外控制测量，一直是摄影测量工作者孜孜以求的目标。

自80年代后期，gps（全球定位系统）应用于航空摄影测量后，gps辅助空三方法可直接测量出投影光束的三个线元素，通过空三的方法进而获取角元素，部分实现了直接获取。

而开始于90年代，成熟于2000年左右的imu/dgps（惯性测量单元/差分gps）技术辅助航测成图方法可直接获取三个线元素和三个角元素，实现了航空摄影后直接进入内业成图工序。

从航摄像片直接测定地面点的坐标是摄影测量发展的一大趋势。

由于imu/dgps辅助航空摄影测量能直接给出航摄仪曝光瞬间的外方位元素，因此将大量减少甚至完全免除野外控制点，从而大大提高航空摄影测量的效率，同时也给测绘带来巨大的经济效益。

一、什么是imu/dgps辅助航空摄影测量imu/dgps辅助航空摄影测量是利用装在飞机上的gps接收机和设在地面上的一个或多个基站上的gps接收机同步而连续地观测gps 卫星信号，通过gps载波相位测量差分定位技术获取航摄仪的位置参数，应用与航摄仪紧密固连的高精度惯性测量单元（imu ,inertial measurement unit）直接测定航摄仪的姿态参数，通过imu、dgps数据的联合后处理技术获得测图所需的每张像片高精度外方位元素的航空摄影测量理论、技术和方法。

imu／dgps系统是一种先进的新型航摄技术，它采用先进的光纤陀螺系统，结合差分gps测量来直接测定航片的外方位元素，省去了传统航空摄影测量成图中的外业地面控制工序，可大大减少外业工作量，加快测图速度。

imu/dgps辅助航空摄影测量是目前国际上新兴技术,能实现直接获取航摄仪曝光时刻外方位元素数据，使航空摄影测量作业大量减少或完全免除地面控制点，甚至无需空中三角测量即可测图，从而大大缩短作业周期、提高生产效率、降低成本。

二、imu/dgps辅助航空摄影测量的方法imu/dgps辅助航空摄影测量方法主要包括：1、直接定向法，即利用高精度差分gps和惯性测量单元（imu）在航空摄影的同时获得差分gps（dgps, differential gps）数据和姿态数据，通过事后gps差分处理及姿态测量数据处理，获取摄影时刻航摄仪精确位置坐标和姿态，通过对系统误差的校正，进而得到每张像片的高精度外方位元素。

2、imu/dgps辅助空中三角测量方法，将基于imu/dgps技术直接获取的每张像片的外方位元素，作为带权观测值参与摄影测量区域网平差，获得更高精度的像片外方位元素成果。

三、我局采用mu/dgps辅助航空摄影测量的原因为实施国家西部大开发战略，加快基础测绘更新工作，使测绘工作更好、更及时地为经济建设服务，我局在阿拉善右旗测区，引入日臻成熟的imu/dgps辅助空中三角测量用于生产。

该技术的引进一方面可使生产单位极大地减轻繁重的野外控制测量工作，降低沙漠、草原、森林等外业控制难度，缩短成图周期，扩大生产能力；另一方面可使这一新技术在生产中不断取得新的经验和新的进展，为摄影测量向全自动化和智能化方向发展奠定基础，为空间数据基础设施和数字地球的建立提供有效、快捷的数据获取手段。

该任务包括基准站的建立与联测、航摄期间基准站的观测、检校场控制点布标及联测、检测区检测点的布设与联测、与国家1980西安坐标系大地点的联测及水准联测等。

阿拉善右旗测区是国内首次采用imu/dgps辅助航空摄影技术进行大面积工程性项目作业，同时选择了1：1万比例尺成图精度验证区和1：5万比例尺成图精度验证区进行了精度验证。

此次大规模航空摄影测量的主要任务是对内蒙古阿拉善盟阿拉善右旗测区面积为85594平方公里区域进行1：6万比例尺航摄。

阿拉善右旗测区与西部无图区有很多相似之处，如沙地、戈壁、草原面积大，无法按照常规进行野外像控测量；测区内地形类型齐全，包括高山地、山地、丘陵、平地。

因此，在此地进行大规模生产很具代表性，能够验证基于imu／dgps技术的航空摄影测量在西部无图区1：5万航测成图和省级1：1万航测成图中的可靠性。

这是该项新技术首次应用于大规模生产实践，将为今后国家基本比例尺地形图更新，特别是西部无图区地形图生产提供技术规程。

四、测区地面gps点的布设与观测1、点位布设测区布设3个基准站，地点分别选在阿拉善右旗、阿拉腾敖包苏木、温图高勒苏木。

该测区布设两个检校场，根据实地踏勘明显地物较少，检校场控制点全部实物布标，共计12个；附带点可不布标，可在实地选择明显地物，但必须保证在像片上能够刺出，共计4个点。

本测区选择了一个1：5万图幅作为精度验证区，经踏勘明显地物较多，航摄像片提供后，检测区均匀选定50个地形地物点作为检测点。

检测点必须选择明显地物，在像片上影像清楚。

2 、基准站和检校场控制点点位要求点位选在地面基础稳定、不易破坏、观测方便和利于长期保存的地点；远离大功率无线电发射源（如电台、电视台、微波站等），距离大于200米；远离高压电线和无线电信号传送通道，其距离大于50米；周围便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不超过5°；基准站点位交通便利，生活、工作方便，供电、通讯情况良好，适合长期作业，检校场控制点保证在航摄期间保存完好。

3、标志规格及埋设基准站的标石按测量规范标石类型制作。

检校场控制点经实地踏勘无明显地物，全部进行实物布标，也可以在建构筑物或水泥铺装的地面上喷涂图形标志。

实物布标的材料选择防水、防风、防晒、防老化的建筑材料，人烟稠密、交通和水源方便的个别地方，为防止检校场控制点材料丢损，用水泥预制检校场控制点，再在上面喷涂图形，同时埋设了指示牌。

测区内检校场控制点图形大小为8×8米，其颜色黑白相间，确保在航摄影像上可以辨别出来，同时为了观测不宜把点号混淆，在白色图案内用红色写明点号。

检测点按地形图航空摄影测量外业规范的规定，在实地打桩。

检校场控制点的形状和图形如下：4、基准站航摄期间观测技术要求观测时段长度随当日航摄计划而定，不跨年积日。

航摄时测区内的3个基准站均开机观测，基准站和机载gps接收机采用一种机型。

在飞机滑行前15分钟开始采集数据，飞机落地不动后15分钟停止观测。

基站设立在测区内或测区附近、具有作为整个测区首级控制点精度、用于与飞机上机载高精度gps接收机同步进行gps观测的gps地面观测站。

基站gps接收机的性能与机载gps接收机性能相匹配，满足如下要求：a、基站gps接收机为高精度测量型双频双p码gps接收机，最小采样间隔不大于1s；b、具有带抑径板或抑径圈的gps信号接收天线；c、配有充足的电源系统，保证航摄作业中供电不间断；d、配有能适应满架次作业所需地面观测数据存储要求的存储器；5、基准站gps观测及与大地点联测技术要求航摄开始前完成基准站和所有检校场控制点的布设，其观测在航摄前进行。

在观测三个基准站的同时，对测区指定位置附近二转换点及三个大地点进行同步观测。

6、检校点的观测要求测区两个检校场所有的控制点都采取实地布标，检校场控制点的gps观测在航摄前完成。

两个检校场布设两个控制网，观测检校场控制点时，保证至少2台基准站同步连续观测，检校场控制点离基站超过100公里时，增加观测时间。

同时在附近联测3个国家四等以上的大地点，解算wgs84坐标和1980西安坐标系6°带坐标。

7、外业检测点的观测技术要求测区在检验区航摄完毕的像片上均匀选择影像清晰地物点50个作为检测点。

所有的检测点构网观测，外业检测点在观测时在像片上现场刺点，并在像片背面作整饰。

8、技术要求基准站、检校场控制点、检测点的精度满足地形图航空摄影测量外业规范的规定要求。

五、结束语随着全球定位技术和惯性导航技术的迅速发展,新的导航系统允许在航空摄影的同时直接获取满足摄影测量精度要求的定位和定向参数,从而给航空遥感带来了新的发展方向。

由于imu /dgps组合导航系统的总体性能明显优于各自独立的系统,因此,普遍认为, imu /dgps组合导航系统是今后进行空中、海上和陆地导航和定位更为理想的系统。

目前,面向航空遥感领域的组合导航商业产品已经推出,开展基于imu /dgps技术的多传感器集成、基于imu /dgps 组合导航数据的航空遥感对地目标精确定位等方面的研究,是国际摄影测量界的一个研究热点。

imu／dgps系统具有广阔的应用前景。

目前，我国已有的1：5万比例尺地形图中近三分之一来自上世纪七八十年代的航空影像数据。

这显然已不能满足经济建设和社会发展的需要。

随着imu／dgps 系统的推广应用，国家基本比例尺地形图更新工作将大大加快，西部无图区空白也将尽快填补，以满足国民经济建设、社会发展和西部大开发对基础地理信息的需求。

参考文献：[1]《imu /dgps辅助航空摄影新技术的应用》郭大海，王建超.[2]《1：10000、1：50000地形图imu／dgps辅助航空摄影技术规定》中国测绘科学研究院编写.。