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GPS在航(háng)测外业像控点采集的应用

 

近(jìn)年来,摄影测(cè)量发(fā)展迅(xùn)速,摄影测量(liàng)的外业(yè)工(gōng)作量随着技术的(de)发展已经大(dà)幅度(dù)减少,在无(wú)人机摄影测(cè)量应用中为了获(huò)取精确的影像外(wài)方位元素,必(bì)要的野外像控点测(cè)量还是不能(néng)缺少(shǎo)的工作。利用(yòng)GPS定位技术我们能方便快捷(jié),大范围地采集像控(kòng)点的(de)坐标。

一、GPS定位原理

GPS定位系统的工作原理是由地(dì)面主控站收集各监测站的(de)观测资(zī)料和气象信息,计算各卫星的(de)星历(lì)表及卫星钟改正数(shù),按规定的格式编(biān)辑导(dǎo)航电文并通(tōng)过地面上的注入站向GPS卫星注(zhù)入这(zhè)些(xiē)信息。测量定位(wèi)时,用户可(kě)以(yǐ)利用接收机(jī)接收卫星星历(lì)得到各个卫星的(de)粗略位置和卫星信(xìn)号发射的时间。根据这些数据,我们可以求(qiú)出观测瞬间卫星的空间三(sān)维(wéi)坐(zuò)标和卫星与接收(shōu)机之间的距(jù)离。利用距离交会,我们可(kě)以求出接(jiē)收机的空间三(sān)维坐标,经过一系列转换,将接收机的三维坐标换算至我(wǒ)们需要的工(gōng)程(chéng)坐标系(xì)。

二(èr)、GPS静(jìng)态(tài)测(cè)量(liàng)

GPS静态(tài)定位指接(jiē)收(shōu)机在(zài)定(dìng)位(wèi)过程中(zhōng)位置静止不(bú)动,静态相对定位,就是将(jiāng)多台GPS接收机安置在(zài)不同的(de)观测站上,保持各接收机(jī)固定不动,同步观测相同的GPS卫星,以确(què)定各观测站(zhàn)在WGS-84坐标系中的相对位置(zhì)或(huò)基线向量的方(fāng)法。在多(duō)个观测站同步(bù)观测相同卫星的(de)情(qíng)况下(xià),卫星轨道(dào)误(wù)差、卫(wèi)星钟差、接收机钟差、电离折射误差(chà)和对流(liú)层(céng)折(shé)射误差等,对观测量的影响具(jù)有一定的相关性(xìng)。同一区域同(tóng)步观测时可以认为(wéi)这(zhè)些误差(chà)影响(xiǎng)是一(yī)样的,对同步观测的GPS接收机之(zhī)间进行求差,可以消除掉(diào)大部分误差,得到高精度的接(jiē)收机(jī)之间基线长(zhǎng)度(dù)的观测(cè)值。如果基线一端的GPS接(jiē)收机(jī)有(yǒu)已(yǐ)知(zhī)的高精度(dù)绝对坐(zuò)标,即可求得(dé)基线另一端的(de)GPS接收机所(suǒ)处位置的高精度绝(jué)对坐标。

在测区较大,而(ér)且缺少高等级的(de)起算点的(de)时候,像(xiàng)控点需采(cǎi)用此种方法进行首级(jí)控制,然(rán)后采用其他的方式进行加密。此(cǐ)方法测量(liàng)精(jīng)度高能(néng)达到(dào)毫米级,缺点是测量周(zhōu)期长,数据解算(suàn)复(fù)杂(zá)。

三、GPS-RTK测量

RTK(Real Time Kinematic)实时动态测量技术,是(shì)以载波相位观测为根据(jù)的实时差分GPS技(jì)术(shù),它是测量技术发展(zhǎn)里程中的一个突破,它由(yóu)基准站接收机(jī)、数据链(liàn)、流动站接收机(jī)三部(bù)分(fèn)组成。

在基准站上安置一台接(jiē)收机对卫星进行连续观测,并将(jiāng)其(qí)观测数(shù)据和测站信息通过无线电传输设(shè)备,实时(shí)地发送给流动站(zhàn)。流动站GPS接收(shōu)机在接收GPS卫星信号的同时(shí),通过无线接收设备,接收基准站传输的数据,然后(hòu)根据(jù)相对定位的(de)原(yuán)理,实时解算(suàn)出流动站(zhàn)的三维(wéi)坐标及其点位精度(即基(jī)准站根据实时观测数(shù)据计算出每个观测(cè)历元的坐标改正数,通过无(wú)线(xiàn)电实时传输给流动站,流动站在(zài)接(jiē)收到基准(zhǔn)站的改正信息后,对观测值进行坐标改(gǎi)正,得到流动站与基准(zhǔn)站同(tóng)坐(zuò)标系的平面坐标X、Y和海拔高H)。

此方法测量速度快,能实时求解(jiě),能满足测(cè)图(tú)精度(dù);缺点是基准站与流动站之(zhī)间距离(lí)不能太远(yuǎn),否则流动站收不到基准站(zhàn)的差分信号,定位精(jīng)度低。测区过(guò)大时还(hái)必须(xū)多次迁站。

四、PPK动态后(hòu)处理(lǐ)测量

PPK技术是(shì)最早的GPS动态(tài)差分技术方式,它与RTK技术的主要区别在于:在基准站和流(liú)动(dòng)站(zhàn)之间(jiān),不必像(xiàng)RTK那(nà)样建立(lì)实时数据传(chuán)输,而是在定位观(guān)测后,对两台GPS接收机所采集的定位数据进行测后的联(lián)合处理,从(cóng)而计算出流动站在对(duì)应时(shí)间上的坐(zuò)标位置,其(qí)基(jī)准站和流动站之间的距离没有严格的限制,可以达到300KM。PPK技术的工作原理是利用一台进(jìn)行(háng)连续观测的基准(zhǔn)站接(jiē)收(shōu)机和至少一台流动站接(jiē)收机(jī),对GPS卫星进行同步观测。也就是基准(zhǔn)站保持连续观测,流动站在未(wèi)知点上(shàng)完成初始化(huà)后(hòu)和基准站保持同步观测。基准站和流动站同步(bù)接(jiē)收的(de)数据在计算机(jī)中进行线性(xìng)组(zǔ)合,形成虚拟的载波相位观测量。确定接收(shōu)机之间的相(xiàng)对位(wèi)置,最后引入基准站的已知坐标(biāo),从而(ér)获(huò)得流动站(zhàn)的三维坐标。

为了(le)保证测量精度,建议流动站与基准站(zhàn)的距离不要大于50KM。此(cǐ)方法作业效率高、作业半径大;不足之处是不能实(shí)时获得未知点的点位信息。

综上,在无人机技(jì)术与摄影(yǐng)测量(liàng)技术快速发展的背景(jǐng)下,作业(yè)范围越来越大,地形复杂程度越(yuè)来越高,在进行像控(kòng)点测量时我们(men)需要根据实际情况合(hé)理(lǐ)选择(zé)GPS的测量方式,以兼顾测量精度和作业(yè)效(xiào)率。

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