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最佳GCPs与板载GPS

伊朗地图摄影测量制作的方块调整

通过米兰拉克和m.h.。Majdabadi，伊朗国家制图中心研究所 • 2005年9月14日

收集地面控制点(GCP)进行区域调整是一项昂贵和耗时的操作。机载GPS能够减少GCPs的数量，而不损失准确性。作者使用机载GPS测试了GCPs的配置，以获得在制作伊朗整体地图时的最佳精度。

全球定位系统在摄影制图中的应用几乎是从全球定位系统技术诞生之初就开始的。最初使用GPS获取GCPs的坐标。与传统的测量方法相比，GPS节省了时间和劳动力，生成了更可靠的坐标，同时降低了成本。下一阶段，在飞机内放置GPS接收器，在曝光瞬间直接测量相机的位置，从而将gcp的数量降到最低。为了获得所需的精度，第二个双频大地测量GPS接收器被放置在一个已知坐标的点上。在飞行过程中，两个接收器都以0.5秒或1秒的采样率和实时整数模糊分辨率技术收集载波相位数据。GPS还可以用于导出外定位的角度参数。这些，然而，有一个精度约1'弧，而超过10"弧是必需的。

误差来源
虽然使用机载GPS可以节省时间和成本，但GPS接收机与航空相机的集成会引入额外的误差来源，必须小心处理。这些误差来源包括:

相机快门可能显示出关于快门打开时间的相当大的随机可变性，导致与GPS接收器的同步误差(时间偏差)
GPS天线和相机在物理上不在同一位置:为了获得可接受的结果，GPS天线和相机透视中心之间的偏移必须在图像坐标系统内准确地知道。这个值也可以通过约束解或在随机过程中处理它来引入调整。放置GPS天线的最佳位置是在光轴方向上。偏置测量是通过测量一个微网络来实现的:表1显示了可达到的精度
在进行GPS摄影测量任务之前，需要准确测量GCP和天线之间的高度
由于曝光时间通常与GPS接收器采样位置的时间不一致，因此需要进行插值;不同的算法具有不同的特性，这可能会引入误差
无线电干扰会造成问题，尤其是在飞机上;应该用一个能滤掉这些杂音的接收机。

飞行计划
GPS成功应用的关键是精确的规划。首先，板载接收器需要适当的初始化来解决整数歧义。其次，在规划飞行线路时，必须防止卫星失去锁定。与地面测量不同的是，如果发生周期滑移，接收机不能解决模糊问题，整个摄影测量任务可能会丢失。软件可以解决短期的模糊，但无法解决长期(超过10秒)的断开，例如飞机的机翼。根据机载接收器的位置，飞机的大转弯可能会导致GPS信号的长期丢失。倾斜角度建议为25°或更小，这将导致更长航线。在规划时还必须考虑基地接收器的位置。此外，飞行时间的选择应使6颗或更多的卫星能够在覆盖范围变化最小的情况下接收。PDOP应不小于3，以确保最佳的几何形状。 A compromise may thus have to be made between favourable sun angle and favourable satellite availability. These issues can be somewhat released when additional drift parameters are used in the photogrammetric block adjustment.

相机的位置
GPS接收器被预先设定为以一定的速率采样数据，例如以一秒为间隔。GPS采样时间可能与实际曝光时间不一致。因此，有必要通过插值GPS观测数据来确定曝光站的坐标。准确的时间安排至关重要。例如，如果一架飞机以200公里/小时(56米/秒)的速度移动，那么1毫秒的差异将导致6厘米的坐标误差。由于接收器有一个精确的原子时间基础，而且大多数接收器都可以通过电缆连接到相机，因此建议在接收器而不是相机上节省曝光时间。

块测试
由于大多数的摄影测量块是矩形的，GCPs可以按照三种配置分布在块上:

案例1:每个角落都有一个完整的GCP
案例2:在每个角落都有一个完整的GCP，在块的边界周围有一系列的高程点
案例3:转角各有一个完全控制点和一个高度控制点，两侧各有两条飞行交叉线。

为了检验上述三种情况的可达到的准确性，使用为伊朗整体地图的摄影测量制作而捕获的块进行了测试:规格见表2。用visualc++编写了一个程序，并与具有足够GCPs的独立模型方法的结果进行了比较。
照片控制点由DSR14解析绘图仪捕捉，精度为10微米，GCPs由GPS接收器在静态模式下采集位置数据，精度为10厘米。

结果
表3显示，使用两个交叉带时，精度提高，一个在带的开始和另一个在带的结束。最好使用四个gcp而不是一个角落，并在调整中使用这些最佳组合。束平差对机器坐标的输入比对读数的精度更敏感，因此我们建议使用精确的仪器进行刺孔和读数。与传统方法相比，使用GPS导致三角测量的成本增加了约25%，传统方法的成本包括两个交叉带飞行、照片成本和转运点的工作。

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