综述gps近景测量定位和其应用

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1、综述GPS近景测量定位和其应用摘要：利用交向摄影方式，用一台相机，分别在两个摄站点获取同一范围的影像，利用数字罗盘测相机的姿态，GPS测摄站点坐标，利用单片后方交会及像对前方交会解求待定地物点的三维坐标，为不易到达地区目标测量提供技术方法。关键词：GPS；近景摄影测量；交向摄影；技术方法1引言目前，外业测绘常用的测量方式有全站仪、GPS等方式,其测量精度较高。但全站仪适用于测量少量的点，多用于控制点的测量；GPS测量会受到信号遮挡的影响。多属于接触式测量，需要测量人员靠近待测目标，不适合一些危险地区、不易到达地区的测量。而近景测量是一种无接触的测量方式，只需

2、要几个必要的控制点即可，只要在有效测量范围内，能看到即能测量，可以弥补接触式测量的不足［1］。目前，近景测量大多采用两台摄影机，获取立体像对，侧重于物体形态的测量，不注重于点绝对位置的测量。针对上述情况，为了使近景测量技术应用于测图领域，本文提出利用GPS测出摄站点的坐标，减少外方位元素未知数的个数，从而减少控制点的个数；利用数字罗盘测出相机姿态，提供像片外方位角元素的初始值；利用一台相机，采用交向摄影方式拍摄照片。2硬件支持基于GPS的近景测量定位方法所需的主要硬件由GPS部分、三维数字罗盘、数码相机及掌上电脑组成。GPS部分由GPS-OEM板及天线组成，

3、用于获取摄站点的三维坐标；数码相机，用于获取目标区域的影像；三维数字罗盘,用于测定相机的姿态；掌上电脑，各类信息存储与处理软件的载体。相机镜头的朝向与数字罗盘长边的指向相同，使相机CCD所在的平面与数字罗盘基本垂直，相机CCD与数字罗盘的空间关系如图1所示。GPS天线所在的平面与数字罗盘平行,天线相位中心与摄影中心的相对位置是固定的,推出两者的相对位置关系，从而实现根据天线坐标归算出摄影中心的坐标，主要硬件的空间位置关系见图2o图1数字罗盘与相机CCD空间关系图2主要硬件空间结构3基本原理采用的是交向摄影方式，利用一台相机，在两个不同的摄站点对同一目标区域拍

4、照（见图3）,同时，连续记录GPS数据及罗盘数据。相机曝光时的像片、GPS数据及罗盘数据通过时间这个参数联系起来［2,3］。利用单片后方交会解算每张像片的外方位元素，利用像对前方交会解算待定地物点的三维坐标。为了减少未知数的个数，从而减少控制点的个数，相机经过检校，确定了像片的内方位元素及镜头畸变参数。利用后方交会方法求像片外方位角元素时，外方位直线元素为已知值，是相机曝光时刻的摄影中心的坐标，由曝光时刻的天线坐标归心得到；外方位角元素的初始值由相机曝光时刻的罗盘数据（磁方位角、俯仰角、横滚角）转换得到。像片外方位元素求得后，利用像对前方交会求得待求点坐标。

5、图3交向摄影外方位直线元素已知时，解算外方位角元素的像点坐标观测值误差方程式见公式（1）:一个像点及对应的地物点可列出一组方程，要解算三个未知数，要求至少为2个像控点，根据最小二乘原理，经过迭代计算，可求出外方位角元素。根据后方交会计算出的像片外方位元素，结合同名像点，利用像对前方交会可解算出待定地物点的地理坐标。像点坐标观测值的误差方程式见公式（2）:每一张像片，可列出上式的一组方程，三个未知数要求至少为两张像片。根据最小二乘原理，经过迭代计算，可求出待定地物点的三维坐标［5］。公式中，x,y表示像点坐标；（x）,（y）为像点坐标的近似值；vx,vy为像点

6、坐标观测值的改正数；,Aw,Ak为三个外方位角元素的改正数；AX,AY,AZ为待定点坐标的改正数。数据采集及处理流程图见图4o图4数据采集及处理流程4实验结果及分析相机在运动中分别在两个摄站点拍摄同一目标区域的像片，两摄站点之间的距离约为120m,摄站点分别距目标点的距离约为380m,相机的横向视场角约为30°,两张像片的交向夹角，即两摄站点处镜头视准轴夹角约为35°,两摄站点到各个目标点构成的交会角约为12。o首先利用每张像片拍摄范围内的三个控制点，进行后方交会计算，解算出外方位角元素，再利用两张像片进行前方交会计算，解算出拍摄范围的12个特征点的三维坐标

7、。表1解算值与实测值比对表为了方便实际的应用，选择日标区域的明显地物点（即特征点），本次试验选择房屋等建筑物的拐角作为控制点及检核点，用GPS静态观测20min并经后处理得到特征点的坐标，为WCS84坐标系下的卞间直角坐标。控制点及检核点的精度约为10