1 引言

利用机载POS系统，在航空摄影的同时，可以准确地获取到像片的空间位置和姿态参数 [1]。IMU/GPS即POS辅助航空摄影是利用惯性测量单元（IMU）和全球定位系统（GPS）的组合测量技术，获取摄影瞬间摄影中心的位置参数和影像姿态参数的一种航空摄影技术[2]。POS辅助航空摄影测量是将GPS、IMU设备与航摄仪集成，GPS提供像片的三个线元素，IMU提供三个角元素，三者集成可以在获取影像的同时获取像片外方位元素，大大简化了航测作业工序[3]。国内外研究机构试验测试结果表明：引入POS观测值，利用少量的地面控制或无需地面控制，采用直接定向(DG)或集成定向（ISO）数据处理方法获取的定向结果，与传统空中三角测量方法获取的定向结果基本相当[1]。POS辅助航空摄影测量可以减少甚至免去空三加密及繁重的野外控制工作，极大地缩短成图周期，降低了费用，更可解决无法布设地面控制点地区的成图问题[4]。

本文选取POS辅助UCXp WA数码航摄的陕西省商南项目部分区域作为试验样区，重点研究了POS辅助定向法满足1:10000成图精度的像片控制点布设方案，通过对试验样区布设的七种像控布点方案逐一进行POS辅助空三，并利用检查点的精度检测结果判断各方案能否满足成图精度要求，最后根据精度统计结果得出了最佳的像控布点方案。

2 POS辅助航空摄影测量

POS辅助航空摄影测量是采用POS辅助航空摄影技术，得到每张像片的外方位元素，实现无地面控制点的航空摄影测量或与地面控制点共同参与空中三角测量的航空摄影测量方法。

POS辅助航空摄影测量方法主要包括直接定向法（DG）和辅助定向法（即集成定向法ISO）。直接定向法将获取的像片外方位元素直接恢复立体模型进行定向测图，可实现无需地面控制点；辅助定向法将获取的像片外方位元素与地面控制点共同参与空中三角测量，再进行定向测图，需要少量的地面控制点。

3 试验样区介绍

3.1 试验样区概述

试验样区位于陕西省东南部秦岭山脉地区，东部涉及河南省、南部涉及湖北省部分地区，面积约5200km2。试验区域共涉及12条航线，每条航线58片，总航片约696片。

试验样区范围覆盖12幅1:5万图幅，地形类别为山地。检测点分布在1:10000图幅范围内（图号为I-49-090-（20））。试验样区控制点、检查点分布见图1所示。

图1控制点、检查点分布图

3.2 试验样区技术参数

试验样区技术数据如使用的飞机、相机、地面分辨率、重叠度等参数见表1所示。

表1 试验样区技术参数

4技术方案

4.1 技术路线及工艺流程

根据POS辅助航空摄影类似项目像控布点、区域网划分的成功经验，并结合试验区域情况，将试验区域划分成七种区域网；在每个区域网四角布设平高控制点，并在1幅1:10000图幅范围内布设检查点；采用地面控制点参与的POS辅助定向法逐一对七种方案进行空中三角测量（即空三加密）；统计分析检查点的平面、高程精度，通过精度可判定该区域网划分方案是否满足1:10000比例尺成图精度（山地）；最后综合评价得出最佳的区域网布点方案。

试验研究的技术工艺流程见图2。

采用的坐标系统及投影方式：平面坐标系为2000国家大地坐标系，高程基准为1985国家高程基准，高斯-克吕格投影3°分带投影。位于第37带，中央子午线为东经111°。

4.2七种区域网划分方案

    区域网的划分一般按图廓线整齐划分，可根据航摄分区、地形条件等情况划分，力求网的图形呈方形或矩形。区域网的大小和像片控制点间的跨度主要依据成图精度、航摄资料条件以及对系统误差的处理等因素[5]。

试验样区区域网划分遵循上述原则，并充分考虑POS辅助航空摄影的技术优势，结合类似项目像控布点、区域网划分的成功经验，对试验样区划分了七种区域网，各种区域网的航线跨度、旁向跨度见表2所示。像控点采用区域网四角布点法。

表2 七种区域网划分方案表

在方案的执行过程中，由于原检测点验证区域内地形复杂，无机动车道可以进入、无法施测，故将验证区位置进行了调整，导致方案五所跨区域无法完全包含检测点验证区，故舍弃该方案5，并增加了一个新方案。新方案航线跨度28条基线，旁向跨度12条航线，区域网像控点布点不同于其他区域网，采用的是六点法（利用已布设的六个控制点）。

4.3 精度评定方法

POS辅助定向法的实际精度，可以利用n个地面检查点的坐标值（野外实测）和POS辅助定向值之间的偏差（ΔX，ΔY，ΔZ），按下公式1求出[3]：

           (1)

式中，μxy为总体平面实际精度，μz为总体高程实际精度，n为检查点个数。

5 空中三角测量及精度分析

空中三角测量像点采集工作及POS辅助空三平差解算步骤主要在PixelGrid软件航空影像AEO模块下完成，对七个区域网分别空三加密，选用各区域网相应的控制点参与平差计算，统计52个检测点的平面、高程中误差（共实测55个检测点，因两个点所刺点位在影像上难以准确判定其位置、一个点点位所在处影像发生变化，所以弃用了三个点）。

成图比例尺为1:10000，空三加密区域网平差计算绝对定向后基本定向点残差、检查点误差不应大于表3的规定[6]。 

表3基本定向点残差、检查点误差

执行表3中的限差要求，1:10000成图比例尺山地地形检查点平面中限差不应大于±5.0m，高程限差不应大于±2.0m。检查点满足这一精度指标，即表示这一区域网布点方案符合要求。

在实际加密过程中，方案1至方案4以及新方案采用全部12条航线58条基线的696张影像进行加密，而方案六与方案七在加密过程中，为了消除控制点以外难以控制范围的加密点的影响，故分别采用其所在的十万图幅和五万图幅的相应影像进行加密。

七种方案根据52个检查点的平面、高程中误差统计结果见表4所示。

表4 七种区域网检查点精度统计表 

6 试验结论

综合七种区域网检查点精度统计结果，可见方案六、方案七和新方案三种方案可同时满足1:10000比例尺成图山地、高山地地形高程、平面精度要求。但方案六的精度比新方案提高很多，且布点的数量增加不多，方案五（1幅1:50000图幅范围）区域网覆盖范围明显小于方案六（1幅1:100000图幅范围），对于POS辅助UCXp WA数码航摄稀少控制点区域网布点的最佳方案，可采用方案六的布点方案。

POS辅助的航空摄影测量，在山地以及高山地地区，以方案六（航向跨度28条基线，旁向跨度8条航线）即1幅1:100000图幅四点法的像控布点方案，即可满足加密精度要求。与以前的方法相比，该方法大大减少了外业控制点布设的工作量。

7 结术语

本文通过试验研究，得出了满足1:10000比例尺地形图山地地形的POS辅助稀少像片控制点最佳布设方案。相比传统的像控点布点方案，POS辅助的稀少像控点布点方案可大幅减少航测外业像控的工作量，提高了效率、节约了成本，发挥了POS辅助航空摄影的技术优势。

本文试验结果可对POS辅助类似项目的航测外业像控布点方案提供借鉴。本文仅对地形为山地的试验样区进行了POS辅助稀少像控点布设方案研究，对于平地、丘陵地及高山地地形的布点方案还需要进一步研究。

参考文献

[1]郭大海，王建超，郑雄伟.机载POS系统直接地理定位技术理论与实践[M].北京：地质出版社,2009.1-5.

[2]GB/T 27919-2011 IMU/GPS辅助航空摄影技术规范.

[3] Yuan Xiuxiao.A Novel Method of System atic Error Compensation for a Positon and Orientation System[J].Progress in Natural Science.2008, 18(8):953-963.

[4] 刘力荣，左建章，关艳玲.POS辅助航空摄影测量精度分析.测绘科学，2012-04.197-198+201.

[5]GB/T 13977-2012 1:5000 1:10000地形图航空摄影测量外业规范.

[6]GB/T 23236-2009 数字航空摄影测量 空中三角测量规范.