一種測(cè)量gps偏心分量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)繪航空攝影技術(shù)，特別涉及帶POS系統(tǒng)的航攝儀的圖像信息處理技 術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)90年代以來(lái)，頂U(kuò)/GPS輔助航空攝影測(cè)量技術(shù)減少了傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量成 圖中外業(yè)地面控制工序，縮短了成圖周期，節(jié)省了人力、物力。頂U(kuò)/GPS系統(tǒng)簡(jiǎn)稱POS系統(tǒng)。 當(dāng)POS系統(tǒng)獲取的位置和姿態(tài)信息經(jīng)解算獲得的外方位元素的精度足夠高時(shí)，就可以省去 空中三角測(cè)量的過程而進(jìn)行直接定向。由于在航攝儀飛行期間，頂U(kuò)單元測(cè)得的數(shù)據(jù)只是 MU的角元素，GPS測(cè)得的位置參數(shù)也只是GPS天線的位置，而最終要求輸出的是相機(jī)的投 影中心的外方位元素，因此必須測(cè)定GPS天線相位中心、頂U(kuò)幾何中心與相機(jī)的投影中心存 在的偏心分量，得到MU儀器和GPS天線中心與相機(jī)中心的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。
[0003] 現(xiàn)在的航攝儀系統(tǒng)，頂U(kuò)單元已經(jīng)和相機(jī)系統(tǒng)組裝集成在一起，它們的頂U(kuò)偏心分 量已經(jīng)由制造廠商給出固定參數(shù)；GPS偏心分量則需要根據(jù)在不同飛機(jī)上的安裝位置現(xiàn)場(chǎng) 量測(cè)。
[0004] 測(cè)繪航空攝影技術(shù)規(guī)范要求：P〇S系統(tǒng)與激光掃描儀、數(shù)碼相機(jī)之間的位置和角 度關(guān)系，在每個(gè)項(xiàng)目實(shí)施前均需進(jìn)行系統(tǒng)綜合檢校。機(jī)載頂U(kuò)/GPS系統(tǒng)與航攝儀連接安裝 完畢后，應(yīng)精確測(cè)定偏心分量，偏心分量測(cè)量誤差應(yīng)不大于Icm.因?yàn)檫@些誤差將影響外方 位元素的精度，進(jìn)而影響直接定向測(cè)圖的精度。
[0005] 傳統(tǒng)GPS偏心分量的測(cè)量方法，是測(cè)量從GPS天線頭到相機(jī)量測(cè)標(biāo)志處的距尚，偏 心分量量取時(shí)將機(jī)載GPS點(diǎn)的空間偏移投影在以航攝儀攝影中心為原點(diǎn)的像空間輔助坐 標(biāo)系上（以鉛垂方向?yàn)閆軸，航線方向?yàn)閄軸）。
[0006] 實(shí)際操作時(shí)，航攝員往往是通過目視大概判斷像空間坐標(biāo)系，用卷尺量取GPS點(diǎn) 至Ij IMU量測(cè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)投影在航向、旁向、垂直于機(jī)身三個(gè)坐標(biāo)軸方向上的距離確定偏心分量。 但是飛機(jī)停靠時(shí)往往頭高尾低，與飛機(jī)底艙板固聯(lián)的航攝儀攝影平面并不與地面平行，如 "運(yùn)-五"飛機(jī)大約有一個(gè)12°的傾角，這樣將使得到的數(shù)據(jù)可靠性低，誤差大，容易出現(xiàn)錯(cuò) 誤。這種方法僅限于粗略量取偏心分量。
[0007] 目前公知的能夠精密測(cè)定偏心分量的方法有：近景攝影測(cè)量法，經(jīng)煒儀測(cè)量法，平 板玻璃直接投影量測(cè)法，但是這三種偏心測(cè)定方法都需將航攝儀調(diào)整至水平，且飛機(jī)也需 頂平，這不僅需要借助精密儀器而且實(shí)際操作起來(lái)也很困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有航空攝影測(cè)繪中GPS偏心分量測(cè)量方法存在的上述不足，本發(fā)明提供一 種便利的測(cè)量GPS偏心分量的方法，通過構(gòu)建輔助坐標(biāo)系統(tǒng)直接測(cè)量GPS點(diǎn)到坐標(biāo)軸原點(diǎn) 及端點(diǎn)的距離，運(yùn)用空間解析幾何原理計(jì)算出GPS偏心分量，減少航攝外業(yè)地面控制點(diǎn)的 數(shù)量和檢校場(chǎng)的工作量，提高航空攝影測(cè)量的效率。
[0009] 本發(fā)明涉及的一種測(cè)量GPS偏心分量的方法，技術(shù)步驟包括：
[0010] 構(gòu)建輔助坐標(biāo)系統(tǒng)，測(cè)量GPS點(diǎn)至輔助坐標(biāo)上相應(yīng)點(diǎn)的距離，計(jì)算GPS偏心分量。
[0011] SI、構(gòu)建輔助坐標(biāo)系統(tǒng)
[0012] 以頂U(kuò)量測(cè)標(biāo)志點(diǎn)為原點(diǎn)0,以航攝儀上標(biāo)明的"飛行方向"為X軸，以垂直于航攝 儀攝影成像面向上為Z軸，按右手系構(gòu)建輔助坐標(biāo)系統(tǒng)，即空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)（O-XYZ)。
[0013] S2、測(cè)量GPS點(diǎn)到坐標(biāo)軸原點(diǎn)及坐標(biāo)軸端點(diǎn)的距離
[0014] 在構(gòu)建的空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)的3個(gè)坐標(biāo)軸上分別取距離原點(diǎn)0 -定距離的A、B、C 三個(gè)端點(diǎn)，坐標(biāo)原點(diǎn)0點(diǎn)到A、B、C三端點(diǎn)的距離已知，則分別為0A、0B、0C。
[0015] 測(cè)量GPS點(diǎn)G到原點(diǎn)0、X軸端點(diǎn)A、Y軸端點(diǎn)B、Z軸端點(diǎn)C四點(diǎn)的距離。GPS點(diǎn)G 即GPS天線相位中心點(diǎn)G，GPS點(diǎn)G到原點(diǎn)0、X軸端點(diǎn)A、Y軸端點(diǎn)B、Z軸端點(diǎn)C四點(diǎn)的距 尚分別為OG、AG、BG、CG。
[0016] S3、計(jì)算GPS偏心分量
[0017] 利用GPS點(diǎn)到坐標(biāo)軸原點(diǎn)及坐標(biāo)軸端點(diǎn)的距離計(jì)算GPS偏心分量。
[0018] 將S2步驟中得到的距離值0A、0B、0C、0G、AG、BG、CG代入下面的公式，計(jì)算出G點(diǎn) 的空間坐標(biāo)（u，v，w)即是GPS偏心分量。
[0019]
[0020]
[0021]
[0022] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0023] (1)本發(fā)明提出的這種通過構(gòu)造三維坐標(biāo)軸進(jìn)行解算的方法，僅需測(cè)量GPS點(diǎn)到 原點(diǎn)及坐標(biāo)軸端點(diǎn)共4個(gè)距離值，即可解算GPS偏心分量，克服了由于飛機(jī)機(jī)艙內(nèi)骨不規(guī) 貝1J，飛機(jī)停靠位置不平整，傳統(tǒng)測(cè)量方法誤差較大，操作困難的缺點(diǎn)。
[0024] (2)本發(fā)明提出的方法測(cè)得的GPS偏心分量與真實(shí)值逼近，能夠應(yīng)用于直接地理 定向，提高航攝內(nèi)業(yè)中影像處理工作的效率和精度。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為本發(fā)明涉及的輔助坐標(biāo)系統(tǒng)與GPS天線頭G點(diǎn)相對(duì)位置關(guān)系示意圖。
[0026] 圖中標(biāo)記說(shuō)明：
[0027] 1.航攝儀 2.三維坐標(biāo)軸
[0028] 3. GPS天線頭 〇·坐標(biāo)系原點(diǎn)
[0029] A.X軸端點(diǎn) B.Y軸端點(diǎn)
[0030] C.Z軸端點(diǎn) G. GPS天線相位中心
【具體實(shí)施方式】
[0031] 結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明所涉及的一種 測(cè)量GPS偏心分量的方法包括以下技術(shù)步驟：
[0032] Sl、構(gòu)造輔助坐標(biāo)系統(tǒng)
[0033] 如圖1，以頂U(kuò)量測(cè)標(biāo)志點(diǎn)為原點(diǎn)0,以航攝儀上標(biāo)明的"飛行方向"為X軸，以垂 直于航攝儀攝影成像面向上為Z軸，按右手系建立空間直角坐標(biāo)系（0-ΧΥΖ).用T形尺或三 角板，構(gòu)建三維坐標(biāo)軸，在3個(gè)坐標(biāo)軸上分別取距離原點(diǎn)一定距離的A、B、C三點(diǎn)，0點(diǎn)到A、 B、C三點(diǎn)的距離事先給定，分別為0A、0B、0C。
[0034] S2、測(cè)量4個(gè)距離值
[0035] 用鋼卷尺測(cè)量GPS(G點(diǎn)）到0、A、B、C四點(diǎn)的距離，4個(gè)距離分別為0G、AG、BG、CG。
[0036] S3、將SI、S2步驟中測(cè)量得到的距離值OA、OB、OC、OG、AG、BG、CG代入下面的公式， 計(jì)算出G點(diǎn)的空間坐標(biāo)（u，v，w)即是GPS偏心分量。
[0037]
[0038]
[0039]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測(cè)量GPS偏心分量的方法，其特征在于，步驟包括：構(gòu)建輔助坐標(biāo)系統(tǒng)，測(cè)量GPS 點(diǎn)至輔助坐標(biāo)上相應(yīng)點(diǎn)的距離，計(jì)算GPS偏心分量；所述構(gòu)建輔助坐標(biāo)系統(tǒng)，以IMU量測(cè)標(biāo) 志點(diǎn)為原點(diǎn)〇,以航攝儀上標(biāo)明的"飛行方向"為X軸，以垂直于航攝儀攝影成像面向上為Z 軸，按右手系構(gòu)建空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)（O-XYZ);所述計(jì)算GPS偏心分量，利用GPS點(diǎn)到坐標(biāo) 軸原點(diǎn)及坐標(biāo)軸端點(diǎn)的距離計(jì)算G點(diǎn)的空間坐標(biāo)（u，v，w)即是GPS偏心分量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量GPS偏心分量的方法，其特征在于，所述計(jì)算GPS偏心分 量，將GPS點(diǎn)到坐標(biāo)軸原點(diǎn)及坐標(biāo)軸端點(diǎn)的距離代入下面的公式計(jì)算GPS偏心分量：式中：u、v、w為G點(diǎn)的空間坐標(biāo)，即GPS偏心分量； u為航向分量，V為芳向分量，w為豎直分量； 0A、0B、OC分別為原點(diǎn)0到X軸端點(diǎn)A、Y軸端點(diǎn)B、Z軸端點(diǎn)C的距離值； 0G、AG、BG、CG分別為GPS點(diǎn)到原點(diǎn)0、X軸端點(diǎn)A、Y軸端點(diǎn)B、Z軸端點(diǎn)C的距離值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測(cè)量GPS偏心分量的方法，步驟包括：構(gòu)建輔助坐標(biāo)系統(tǒng)，測(cè)量GPS點(diǎn)至輔助坐標(biāo)系上相應(yīng)點(diǎn)的距離，計(jì)算GPS偏心分量。以航攝儀IMU量測(cè)參考點(diǎn)為原點(diǎn)，沿航攝儀上標(biāo)明的“飛行方向”、旁向和垂直于攝影成像面向上的方向以右手空間直角坐標(biāo)系構(gòu)建三維坐標(biāo)軸，測(cè)量GPS點(diǎn)到所構(gòu)造坐標(biāo)系的原點(diǎn)及3個(gè)坐標(biāo)軸端點(diǎn)共4個(gè)距離值，最后運(yùn)用空間解析幾何原理，將測(cè)量值代入公式計(jì)算出GPS偏心分量。這種方法不需借助精密測(cè)量?jī)x器，減少和簡(jiǎn)化了測(cè)量工序、提高了工作效率及精度，嚴(yán)格滿足了測(cè)繪航空攝影技術(shù)規(guī)范對(duì)GPS偏心分量量測(cè)精度的要求。
【IPC分類】G01B21/24
【公開號(hào)】CN105157660
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510223622
【發(fā)明人】尹傳恒, 高文峰, 王正銀, 徐明偉, 高帥, 岳亮
【申請(qǐng)人】鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月5日