浅谈测量航片像控点一个新的尝试----GPS单三角网法

黎继东 经有勋
（广西航空遥感测绘院）

【摘　要】　鉴于GPS技术的不断成熟和完善，利用GPS测量方法对1：5000、1：10000地形图像片控制点的施测，现已显示出它极大的优越性。在这里，我们结合生产实践，介绍一下我们利用GPS单三角网法测量应用于1：5000、1：10000地形图像片控制点施测的作业流程、精度分析和工作体会。
【关键词】　GPS技术 三维大地测量基准网 像片控制点 单三角网 二维约束平差 GPS高程拟合

　　1 概述
　　以前，像片控制点的施测，平面是利用经纬仪、测距仪或全站仪在原有的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等三角点和部队施测的军控点IJK、IIJK成果的基础上布设三角网和导线进行施测，高程则与Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等水准点进行联测，施测起来比较费时，难度也比较大。现在，GPS测量技术水平在不断提高，很多单位在施测像片控制点时，都采用了GPS测量方法，我们广西航空遥感测绘院也是如此。随着广西A级、B级、C级GPS控制网的全面完成，将为我们应用GPS技术施测像片控制点提供更大的便利。
　　2 GPS像片控制点的布设
　　（一）作业依据：
　　（1） 国家标准GB/T18314-2001《全球定位系统（GPS）测量规范》
　　（2） 国家标准GB/T13977-92《1：5000、1：10000地形图航空摄影测量外业规范》　　
　　（3） 项目技术设计书
　　（二）技术指标：
　　（1）采用TOPCON/JAVAD GPS双频接收机，接收机标称精度：平面3mm+1ppm，高程5mm+1ppm。外业观测技术指标如下：　　卫星高度角≧15°，
　　数据采样率 10秒，
　　有效观测卫星数≧4个，同步观测时间：观测时长=2分钟×DKM＞＝10分钟（D＜＝15KM）观测时长=4分钟×DKM＞＝1小时（D＞15KM），D为基线长度。依据1：5000、1：10000地形图航空摄影测量外业规范，高级地形控制点对于附近国家等级三角点的平面中误差不超过图上±0.05mm。像片平面和平高控制点对于附近国家等级三角点或高级地形控制点的平面位置中误差不超过图上±0.1mm。高级地形控制点、像片高程控制点对于附近水准点或三角点的高程中误差，平地、丘陵地、山地均不超过十分之一基本等高距（高山地按山地要求）。GPS观测时长应根据所要施测的像控点的精度要求，适当调整观测时长，并尽可能按相应的GPS规范要求的观测时长去做。
　　（2）采用托普康随机软件pinnacle进行数据平差处理。
　　（三）作业方式：
　　采用3台GPS接收机进行同步观测，三条边构成一个独立的三角网。如图（1）：

图（1）

　　（四）作业方法：
　　如图（2）所示，在测区的中部选择两台GPS接收机固定摆在已知点（基准点）上，连续跟踪所有可见卫星，另外的一台或多台GPS接收机自由流动的摆在所需测量的像片控制点上去观测，流动站与已知点的两台GPS单独构成一个独立的三角网，流动的仪器在时间的掌握上可以互不相干，观测的时间由流动站根据基线的长短来掌握，它们只要与两个固定点有足够的同步观测时间就可以了。为了保证精度，流动站与已知点（站）的距离应不超过20km为佳。如图（2）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　如图（2）
　　3 数据预处理及观测成果的质量检核
　　（一）基线解算
　　利用托普康随机平差软件pinnacle进行基线解算。由于卫星信号在传播过程中受到电离层折射、对流层折射、多路径误差等因数影响，使得观测数据含有各种偶然误差和系统误差。特别是在高温天气，尤其是在下午进行长基线观测时，有时候获得的观测数据质量会较差，此时在数据预处理时需要人工干预，通过删星、选取最佳观测时段、改变高度角等来提高基线解算的精度，然后根据基线解算报表给出的相对质量指标Rms及Ratio的值判断该基线成果的可靠性。
　　
　　Ratio≧95℅以上
　　（二）同步观测环检核
　　三边同步环中第三边处理结果与前两边的代数和之差值应小于下列数值：
　　
　　式中：σ为相应级别规定的精度（按平均边长计算）。
　　（三）GPS网平差处理
　　在各项质量检核符合要求后，以所有独立基线组成闭合图形进行无约束平差，无约束平差得到了各控制点的WGS-84三维坐标。在此基础上用国家坐标系或城市独立坐标系进行三维约束平差，平差结束后程序自动生成约束平差的最终结果报表，并给出了相应的点位精度，点位精度应满足GB《1：5000、1：10000地形图航空摄影测量外业规范》要求，像片平面和平高控制点对附近国家等级三角点或高级地形控制点的平面位置中误差不超过图上±0.1mm，高级地形控制点、像片高程控制点对于附近水准点或三角点的高程中误差，平地、丘陵地、山地均不超过十分之一基本等高距。
　　4 实际应用精度统计分析
　　就单三角网测量航片像控点的方法，我们院分别运用在象大藤峡水利枢纽工程、梧州高分辨率卫星像片、百色卫星像片、东兴卫星像片、防城企沙等测区的像片控制点测量上，我们就它们的精度做了统计，下面就典型的几个项目的测量精度略举如下：

　　可以看出，利用单三角网测量在这些项目的运用，其精度是完全可以满足规范要求的，这些项目的像控点成果经过我们航测院内业进行区域网平差计算，证明其成果都是可以应用的。
　　5 体会
　　（1）利用广西A级、B级、C级GPS控制网成果进行1：5000、1：10000地形图像片控制点的施测，效率好，精度高，也避免了以往所使用的已知点成果之间不兼容而带来误差的情况，提高了像片控制点的整体精度。
　　（2）单三角网中采用两个已知点做静态定位，有利于外业检核，提高成果的可靠性，并且可以通过平差计算有助于提高像片控制点的定位精度。
　　（3）就单三角网测量法而言我们也与GPS RTK测量作过比较，不可否认，距离近且在开阔的地方，RTK测量一个点的速度是很快的，但当流动站离开基准站超过10公里以上时，流动站就很难接收到基准站传送出的差分信号，也就很难得到固定解了。况且，因为像控点位置的特殊性，有些点位会是落在山谷中，此时采用RTK测量就显得很困难了。单三角网测量法中，我们所运用的是双频接收机，纯接收天上的卫星数据，可以克服RTK测量所遇到的这些困难。做像控点本身就需要选点，再做点之记，这些都需要五、六分钟的时间，而十公里左右的基线，双频接收机测量的时间就十几二十分钟，可以这么说，单三角网测量像控点还是有着自己独到的优势，在实际测量时间上，与GPS RTK测量相差无几，相当于利用双频接收机做了RTK这样的快速测量。