CN105157660B - 一种测量gps偏心分量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量GPS偏心分量的方法，步骤包括：构建辅助坐标系统，测量GPS点至辅助坐标系上相应点的距离，计算GPS偏心分量。以航摄仪IMU量测参考点为原点，沿航摄仪上标明的“飞行方向”、旁向和垂直于摄影成像面向上的方向以右手空间直角坐标系构建三维坐标轴，测量GPS点到所构造坐标系的原点及3个坐标轴端点共4个距离值，最后运用空间解析几何原理，将测量值代入公式计算出GPS偏心分量。这种方法不需借助精密测量仪器，减少和简化了测量工序、提高了工作效率及精度，严格满足了测绘航空摄影技术规范对GPS偏心分量量测精度的要求。
Description
技术领域
本发明涉及测绘航空摄影技术，特别涉及带POS系统的航摄仪的图像信息处理技术。
背景技术
20世纪90年代以来，IMU/GPS辅助航空摄影测量技术减少了传统航空摄影测量成图中外业地面控制工序，缩短了成图周期，节省了人力、物力。IMU/GPS系统简称POS系统。当POS系统获取的位置和姿态信息经解算获得的外方位元素的精度足够高时，就可以省去空中三角测量的过程而进行直接定向。由于在航摄仪飞行期间，IMU单元测得的数据只是IMU的角元素，GPS测得的位置参数也只是GPS天线的位置，而最终要求输出的是相机的投影中心的外方位元素，因此必须测定GPS天线相位中心、IMU几何中心与相机的投影中心存在的偏心分量，得到IMU仪器和GPS天线中心与相机中心的坐标转换关系。
现在的航摄仪系统，IMU单元已经和相机系统组装集成在一起，它们的IMU偏心分量已经由制造厂商给出固定参数；GPS偏心分量则需要根据在不同飞机上的安装位置现场量测。
测绘航空摄影技术规范要求：POS系统与激光扫描仪、数码相机之间的位置和角度关系，在每个项目实施前均需进行系统综合检校。机载IMU/GPS系统与航摄仪连接安装完毕后，应精确测定偏心分量，偏心分量测量误差应不大于1cm.因为这些误差将影响外方位元素的精度，进而影响直接定向测图的精度。
传统GPS偏心分量的测量方法，是测量从GPS天线头到相机量测标志处的距离，偏心分量量取时将机载GPS点的空间偏移投影在以航摄仪摄影中心为原点的像空间辅助坐标系上(以铅垂方向为Z轴，航线方向为X轴)。
实际操作时，航摄员往往是通过目视大概判断像空间坐标系，用卷尺量取GPS点到IMU量测标识点投影在航向、旁向、垂直于机身三个坐标轴方向上的距离确定偏心分量。但是飞机停靠时往往头高尾低，与飞机底舱板固联的航摄仪摄影平面并不与地面平行，如“运-五”飞机大约有一个12°的倾角，这样将使得到的数据可靠性低，误差大，容易出现错误。这种方法仅限于粗略量取偏心分量。
目前公知的能够精密测定偏心分量的方法有：近景摄影测量法，经纬仪测量法，平板玻璃直接投影量测法，但是这三种偏心测定方法都需将航摄仪调整至水平，且飞机也需顶平，这不仅需要借助精密仪器而且实际操作起来也很困难。
发明内容
针对现有航空摄影测绘中GPS偏心分量测量方法存在的上述不足，本发明提供一种便利的测量GPS偏心分量的方法，通过构建辅助坐标系统直接测量GPS点到坐标轴原点及端点的距离，运用空间解析几何原理计算出GPS偏心分量，减少航摄外业地面控制点的数量和检校场的工作量，提高航空摄影测量的效率。
本发明涉及的一种测量GPS偏心分量的方法，技术步骤包括：构建辅助坐标系统，测量GPS点至辅助坐标系上相应点的距离，计算GPS偏心分量。
S1、构建辅助坐标系统
以IMU量测标志点为原点O，以航摄仪上标明的“飞行方向”为X轴，以垂直于航摄仪摄影成像面向上为Z轴，按右手系构建辅助坐标系统，即空间直角坐标系统(O-XYZ)。
S2、测量GPS点到坐标轴原点及坐标轴端点的距离
在构建的空间直角坐标系统的3个坐标轴上分别取距离原点O一定距离的A、B、C三个端点，坐标原点O点到A、B、C三端点的距离已知，则分别为OA、OB、OC。
测量GPS点G到原点O、X轴端点A、Y轴端点B、Z轴端点C四点的距离。GPS点G即GPS天线相位中心点G，GPS点G到原点O、X轴端点A、Y轴端点B、Z轴端点C四点的距离分别为OG、AG、BG、CG。
S3、计算GPS偏心分量
利用GPS点到坐标轴原点及坐标轴端点的距离计算GPS偏心分量。
将S2步骤中得到的距离值OA、OB、OC、OG、AG、BG、CG代入下面的公式，计算出G点的空间坐标(u，v，w)即是GPS偏心分量。
航向分量
旁向分量
竖直分量
本发明的有益效果在于：
(1)本发明提出的这种通过构造三维坐标轴进行解算的方法，仅需测量GPS点到原点及坐标轴端点共4个距离值，即可解算GPS偏心分量，克服了由于飞机机舱内骨不规则，飞机停靠位置不平整，传统测量方法误差较大，操作困难的缺点。
(2)本发明提出的方法测得的GPS偏心分量与真实值逼近，能够应用于直接地理定向，提高航摄内业中影像处理工作的效率和精度。
附图说明
图1为本发明涉及的辅助坐标系统与GPS天线头G点相对位置关系示意图。
图中标记说明：
1.航摄仪 2.三维坐标轴
3.GPS天线头 O.坐标系原点
A.X轴端点 B.Y轴端点
C.Z轴端点 G.GPS天线相位中心
具体实施方式
结合附图对本发明技术方案的具体实施方式作进一步说明。本发明所涉及的一种测量GPS偏心分量的方法包括以下技术步骤：
S1、构造辅助坐标系统
如图1，以IMU量测标志点为原点O，以航摄仪上标明的“飞行方向”为X轴，以垂直于航摄仪摄影成像面向上为Z轴，按右手系建立空间直角坐标系(O-XYZ).用T形尺或三角板，构建三维坐标轴，在3个坐标轴上分别取距离原点一定距离的A、B、C三点，O点到A、B、C三点的距离事先给定，分别为OA、OB、OC。
S2、测量4个距离值
用钢卷尺测量GPS(G点)到O、A、B、C四点的距离，4个距离分别为OG、AG、BG、CG。
S3、将S1、S2步骤中测量得到的距离值OA、OB、OC、OG、AG、BG、CG代入下面的公式，计算出G点的空间坐标(u，v，w)即是GPS偏心分量。
航向分量
旁向分量
竖直分量
Claims (1)
1.一种测量GPS偏心分量的方法，其特征在于，步骤包括：构建辅助坐标系统，测量GPS点至辅助坐标系上相应点的距离，计算GPS偏心分量；所述构建辅助坐标系统，以IMU量测标志点为原点O，以航摄仪上标明的“飞行方向”为X轴，以垂直于航摄仪摄影成像面向上为Z轴，按右手系构建空间直角坐标系统O-XYZ；所述计算GPS偏心分量，利用GPS点到坐标轴原点及坐标轴端点的距离计算G点的空间坐标(u，v，w)即是GPS偏心分量；
所述计算GPS偏心分量，将GPS点到坐标轴原点及坐标轴端点的距离代入下面的公式计算GPS偏心分量：
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<mrow>
<mn>2</mn>
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<mrow>
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<mrow>
<mi>w</mi>
<mo>=</mo>
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<mrow>
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</msup>
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<mrow>
<mn>2</mn>
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<mi>C</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中：u、v、w为G点的空间坐标，即GPS偏心分量；
u为航向分量，v为旁向分量，w为竖直分量；
OA、OB、OC分别为原点O到X轴端点A、Y轴端点B、Z轴端点C的距离值；
OG、AG、BG、CG分别为GPS点到原点O、X轴端点A、Y轴端点B、Z轴端点C的距离值。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1702442A (zh) * | 2004-05-28 | 2005-11-30 | 佳能株式会社 | 显示偏心测量结果的方法 |
| CN102169173A (zh) * | 2010-12-07 | 2011-08-31 | 北京理工大学 | 一种倾斜地球同步轨道合成孔径雷达模糊度分析方法 |
| CN103398678A (zh) * | 2013-07-30 | 2013-11-20 | 中国科学院对地观测与数字地球科学中心 | 用于航摄飞机内部测量gps偏心分量的装置及测量方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001099910A (ja) * | 1999-10-04 | 2001-04-13 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | Ｒｔｋ・ｇｐｓ−ｉｍｕ併用測位方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1702442A (zh) * | 2004-05-28 | 2005-11-30 | 佳能株式会社 | 显示偏心测量结果的方法 |
| CN102169173A (zh) * | 2010-12-07 | 2011-08-31 | 北京理工大学 | 一种倾斜地球同步轨道合成孔径雷达模糊度分析方法 |
| CN103398678A (zh) * | 2013-07-30 | 2013-11-20 | 中国科学院对地观测与数字地球科学中心 | 用于航摄飞机内部测量gps偏心分量的装置及测量方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GPS偏心分量对直接地理定位精度的影响分析;李团好等;《测绘科学》;20130731;第38卷(第4期);第22-25页 * |
| 机载GPS天线与摄影机偏心测定方法及精度讨论;朱宜萱等;《武汉测绘科技大学学报》;19950630;第20卷(第2期);第95-100页 * |
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