浅谈POS辅助航空摄影测量技术及应用

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　　摘  要：在航空测量的过程中，能否拍摄到高清、准确的图片与飞行机的运行状态有着很大的关系，而POS作为运行过程中的传感器起着非常重要的作用，因而也对它提出了更高的要求。该文通过分析POS辅助航空摄影测量技术的原理，对目前POS技术的应用状况进行梳理，找到POS辅助技术在工作时产生误差的主要原因，并找到更好的解决方法，从而为更好地完善航空摄影测量技术提供一些理论基础。
　　关键词：POS辅助技术  航空测量  应用  误差
　　中图分类号：P231   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（a）-0037-02
　　POS辅助航空摄影测量技术是目前航空测量技术中最为先进的一项技术，它可以保证测量数据的精准度，具有对定位处理的灵活性，以及对数据信息的保密性为一体的功能。它运用它独有的优势为测量工作带来了更多的便捷。目前它应用在各个行业领域中，比如对于高山、海峡、雪山等野外苦难领地，对POS的性能也是一大考验，因此如何能够得到更准确的信息，是目前科学研究中一项重要的探索内容。
　　1  POS辅助航空摄影测量技术的原理
　　POS的全称是定位定姿系统辅助航空摄影测量技术，英文全称是Positioning and Orientation System，它是一种基准传感器，主要是由3部分组成，分别是惯性测量单元、卫星导航系统以及计算机部分。POS的内部结构比较复杂，比如惯性测量单元是由IMU和控制系统组成，而IMU的组成又包含4个部分，分别是加速器、陀螺仪、数字电路以及图形处理器。IMU的主要作用是在航空摄影的过程中，它可以做到精准获取拍摄瞬间的参数，从而保证数据的实时性更新。
　　POS的第二个部分GPS导航系统是大家所熟知的，它的主要作用是提供拍摄地点的坐标信息以及速度信息，航空摄影测量技术中的GPS定位系统通常采用的是差分技术，可以精准测定中心站的空间坐標位置，获取更为准确的三维立体图形。
　　IMU与GPS航空导航技术的完美结合，降低了系统带来的偏差，从另一方面来说，GPS弥补了IMU因为自身原因导致的定位误差在时间上的积累，在运行过程中可以获得更为准确的数据信息。
　　2  POS辅助航空摄影测量技术的应用
　　2.1 POS直接定向法
　　直接定向法的全称是Direct georeferencing，DG，即直接传感器定向法，它是在拍摄每张外方位的照片当中，能够脱离地面控制从而实现航空中的摄像测量任务。这种方法虽然没有对控制点进行平方差的计算，但是需要对系统误差进行校验。直接定向法的主要工作原理是：利用最终决定的系统误差来直接对POS获得的元素方位值进行改正。因此我们可以看出，POS的元素方位值最主要的决定性因素是系统误差。目前对系统误差进行校验的方法是飞行校验方法。当然，该方法也有自己的适用局限性，它主要适用于比例尺较小、观测的环境比较差以及精准度要求较低的情况。
　　2.2 POS辅助空中三角测量法
　　辅助空中三角测量法的全称是Integrated sensor orientation，ISO，即集成传感器定向法。它是通过与地面控制点相结合来共同完成对空中三角形的测量，从而实现航空摄像任务的测量方法，主要是用来辅助航空摄像技术的。辅助空中三角测量法的工作原理是：通过结合GPS测量得来的相关参数和姿态参数与地面控制点的参数值，共同纳入到控制网中进行光束法平差计算，从而得到更加精准的参数值。这种辅助方法主要是来处理转换问题的，主要集中在两个方面，分别是姿态角元素与外方位元素之间的相互转化、三维立体坐标与外方位元素之间的相互转化，而这两者之间最大的区别就在于是否进行了加密的计算。
　　3  POS辅助航空摄影测量技术误差产生的原因
　　虽然说POS辅助航空摄影测量技术是目前最为先进的技术，但是由于设备自身的设计和外界不可抗力的因素，造成测量结果出现误差也是在所难免的，因此，要想获得更为精准的数据，就必须对当前可能产生误差的原因进行详细的分析，方便工作人员可以在后期不断地更正误差参数值的设定。而目前航空测量技术中主要存在的误差包括5个方面，分别是IMU姿态角测量产生的误差、差分定位产生的误差、系统组合产生的误差、航测仪内方位元素产生的误差以及检校场中产生的误差。
　　3.1 IMU姿态角测量产生的误差
　　IMU的设计结构本身就具有很强的特殊性，它测量的时间越长，误差也就会随着时间的推移而增加，长此以往就会影响到测量数值的精准性。而它内部结构中的加速度计本身也会带来动态的误差，还有就是陀螺仪在漂移的过程中也会带来姿态的误差。目前解决IMU误差的最好方式是借助GPS定位系统，它们之间可以通过相互弥补彼此的劣势，从而形成最优化的求解方式，获得在运行过程中高精度的数据参数。
　　3.2 差分定位产生的误差
　　差分定位也叫作相对定位，它是根据两台或者两台以上的接收器来观测测量点的相对位置的一种方法。在载体运行的过程中，卫星信号会经常出现信号故障、信号短路等特殊状况，除此之外，在航空测量的时候，空中的情况也是相对复杂的，比如常见的情况有：空气阻力大小的不确定性，对流层和电路层对线路的冲击，以及在信息传输的过程中，载体会受到一些物体的反射，从而改变了信号的传播方向和相位等，这些因素都会导致定位的精准度。
　　3.3 系统组合产生的误差
　　POS辅助航空摄影测量系统的组成部分分3类，分别是惯性测量单元、卫星导航系统以及计算机部分，不同设备在组合过程中必然会出现一定的误差，而在数据处理的时候，不同设备处理的方式和结果也会有一些出入。当将组合设备放入到航空中进行拍摄的时候，也会受到当天环境的影响，从而产生时间延迟、数据处理不及时、传送过程中偏离中心等现象。
　　3.4 航测仪内方位元素产生的误差
　　在航空测量的过程中，航测仪内方位元素通常情况下是由厂家来确定的，厂家会对仪器进行检测和调整，最终运用到实际的测量应用中，但是内方位元素会随着时间的推移，发生一些周期性的小变化。而在实验室的工作人员对航空环境进行的预测和分析与实际的航空环境肯定会存在一定的偏差，因此内方位元素也会存在固定的误差，从而影响到整个测量数据的精准度，而这个误差也只能通过提升操作人员对环境参数预测的准确度来实现。
　　3.5 检校场中产生的误差
　　由于以上4种情况都存在着一定的误差，因此在三轴上的偏心角和偏心分量相对于中心而言也会存在一定的误差，从而会影响到定位的准确性。而偏心角和偏心分量的改正是通过检校场来实现的，但是校验场本身也会存在一些固定误差，因此就会影响到偏心角和偏心分量，从而导致数据的精准度受到影响。
　　4  结语
　　POS辅助航空摄影测量技术是当前航空测量中最为先进的一项技术，它的出现也颠覆了传统的测量技术，它可以瞬间拍摄到当前的地理位置，并且形成高清的三维立体图像，将信息传送到中心站，这样不但降低了绘图的成本，而且还提高了操作人员的工作效率。随着我国科技的不断进步，POS技术的误差也会逐渐减少，从而运用到更广泛的领域中去。
　　参考文献
　　[1] 王金强.IMU/DGPS辅助航空摄影测量应用研究[D].昆明理工大学，2012.
　　[2] 李学友.IMU/DGPS 辅助航空摄影测量原理、方法及实 践[D].解放军信息工程大学测绘学院，2005.
　　[3] 宫晓琳，房建成.基于SVD的R-T-S最优平滑在机载SAR运动补偿POS系统中的应用[J].航空学报，2000，30（2）：311-318.
　　[4] 袁修孝，杨芬，赵青，等.机载POS系统视准轴误差检校[J].武汉大学学报：信息科学版，2006，31（12）：1039-1043.
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