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GPS在航测外(wài)业像控点采集的应用

 

近年来(lái),摄影测量发展迅速,摄(shè)影测量的外(wài)业(yè)工作量随着技术的发展已经(jīng)大幅度减少,在无人机摄影(yǐng)测量应用中为(wéi)了获取精确的影像外(wài)方(fāng)位元素,必要的野外像控点测(cè)量还是不能(néng)缺少的工作(zuò)。利用GPS定位技术(shù)我们能方便(biàn)快捷,大范围地(dì)采集像控点(diǎn)的坐标。

一、GPS定位原理

GPS定位系统的工作原理是由地面(miàn)主控(kòng)站收集各监测站的观测资料(liào)和(hé)气(qì)象信息,计算各卫(wèi)星的星历表及卫(wèi)星钟改正数,按(àn)规定的格式编辑导航电文(wén)并通过地面上的注入站向(xiàng)GPS卫星注入(rù)这(zhè)些信息。测量(liàng)定位时,用户可以(yǐ)利用接收机接收卫星(xīng)星历得到各个卫(wèi)星的(de)粗(cū)略位置和卫星信号(hào)发射的时间(jiān)。根据(jù)这些(xiē)数据,我们可以求出观测瞬间卫星的空间三维坐标和卫星(xīng)与接收机之间的距离。利用距(jù)离交会,我们可以(yǐ)求出(chū)接收机的空间三维坐(zuò)标,经过一系列转换,将(jiāng)接收(shōu)机的三维坐标换(huàn)算至我们需要的工程坐标系(xì)。

二、GPS静态(tài)测量

GPS静态(tài)定位指接收机(jī)在定(dìng)位过(guò)程(chéng)中(zhōng)位置静止不动,静(jìng)态相对定位,就是将多(duō)台GPS接收机安置(zhì)在不(bú)同(tóng)的观测站上,保持各接收机固(gù)定不动,同(tóng)步观(guān)测(cè)相同的GPS卫(wèi)星,以确定(dìng)各观测站在WGS-84坐标系中的相对位置或基(jī)线向量的方法。在多个观测(cè)站同步观测相(xiàng)同卫(wèi)星的情况下,卫星轨(guǐ)道误差、卫星(xīng)钟差、接收机钟差(chà)、电离(lí)折射误差和对流层折射误差等,对观测量的影响具(jù)有一定的(de)相关性。同一区域同步观(guān)测(cè)时可以认为这些误差影响是一样的,对同步观测(cè)的GPS接收机之间进(jìn)行(háng)求(qiú)差,可以消除掉(diào)大部分误差,得到高精度的接(jiē)收机(jī)之间(jiān)基线长度的观测值。如果(guǒ)基线一端的GPS接收(shōu)机有已知的高(gāo)精度(dù)绝对坐(zuò)标,即可求得基线另一端的GPS接(jiē)收机所处(chù)位置的高精度(dù)绝对坐标。

在测区较大,而且缺少高等级的(de)起算点的(de)时候,像(xiàng)控(kòng)点需采用此种方(fāng)法进行首级控制,然后(hòu)采用其他的方式(shì)进行加密。此方(fāng)法测(cè)量精度高能达到毫米级,缺点是测量周(zhōu)期长,数据解算(suàn)复杂。

三、GPS-RTK测量

RTK(Real Time Kinematic)实时动态测量(liàng)技术,是以载波相位观(guān)测为根(gēn)据的实时差(chà)分GPS技术,它是测量(liàng)技(jì)术发(fā)展里程中的一个突破(pò),它由基准站(zhàn)接收(shōu)机、数(shù)据链、流动站接收机三部分组成。

在基准站上安置一台接收机对卫星进行(háng)连续观测(cè),并将其观测数据和测(cè)站信(xìn)息通过(guò)无线电传输设备(bèi),实时(shí)地发送给流(liú)动(dòng)站。流动站GPS接收机(jī)在接收GPS卫(wèi)星信号的同(tóng)时(shí),通过(guò)无线接收(shōu)设备,接收基准站传输的数据,然后根据(jù)相对定位的原理(lǐ),实时解算出流动站的(de)三维坐标及其点位精度(即基准站根据实(shí)时观测数(shù)据计算出每个观测历元的(de)坐标改正数,通(tōng)过(guò)无线电实时传输给流动站,流动站在接收到基准站的改正信息后(hòu),对(duì)观测(cè)值进行(háng)坐(zuò)标(biāo)改正,得到流动站(zhàn)与基准站同坐(zuò)标(biāo)系的平面坐(zuò)标X、Y和海(hǎi)拔高H)。

此方法测量速度快,能实时求解,能满足(zú)测图精度(dù);缺点是基准站与流(liú)动站之间距离不能太远,否(fǒu)则流动(dòng)站收(shōu)不到(dào)基准(zhǔn)站的差分(fèn)信号,定位精度(dù)低。测(cè)区过大(dà)时(shí)还必(bì)须多次迁站。

四(sì)、PPK动态后处理(lǐ)测量

PPK技术是最早的GPS动态差分技术方式,它与RTK技(jì)术的主要区别在(zài)于:在基(jī)准站和(hé)流动站之间,不必像RTK那样建立实时(shí)数(shù)据传(chuán)输,而是在定位观测后,对两台GPS接收机所(suǒ)采(cǎi)集的定(dìng)位数据(jù)进行测后的联合处(chù)理(lǐ),从而计算出流动站在对应时间上的坐标位置,其基准站(zhàn)和流动站之间的距离没(méi)有严(yán)格的限制,可(kě)以(yǐ)达到300KM。PPK技术的工作原理是(shì)利(lì)用(yòng)一台进行连续观测的基准站接收(shōu)机和(hé)至少一台流动站接收机,对GPS卫(wèi)星(xīng)进行同(tóng)步观测。也就是基准站保持连续观测,流(liú)动站(zhàn)在未(wèi)知点上完成(chéng)初始化后和基准站保持同步观测(cè)。基准站和流动站同步接(jiē)收的数据在计算机中进行线性(xìng)组(zǔ)合,形成虚拟的载波相位观测量。确(què)定接收(shōu)机之间的相对位(wèi)置,最后引入基准站的已知坐(zuò)标,从而获得流动站(zhàn)的(de)三维坐标。

为了(le)保证测量精度(dù),建议流动站与基准站的距离不要大于50KM。此方法作业效率高、作(zuò)业半径大;不足(zú)之处(chù)是不能实时(shí)获得未知点的点(diǎn)位信息。

综上,在无人机技术(shù)与摄(shè)影测量技术快速(sù)发展的背景下(xià),作(zuò)业范围越(yuè)来越大,地(dì)形复杂程度越来越高,在进行像控点(diǎn)测量时我们需要根据实际情况(kuàng)合理选择GPS的测量(liàng)方式,以兼顾测(cè)量精度和(hé)作业效率。

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