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GPS在(zài)航测外业像控点采集的应(yīng)用

 

近年来(lái),摄影测(cè)量发展迅速,摄影(yǐng)测量的外业工作量随着技术的发展已(yǐ)经大(dà)幅(fú)度减少,在无人机摄(shè)影测量应用中为了获取精确的影像外方位元素,必要的野外像控点测量还是不能缺少的工作。利用GPS定位技术我们能(néng)方(fāng)便快捷,大范围地采(cǎi)集像控点的(de)坐标。

一、GPS定位原理

GPS定(dìng)位系统的工作原理是由地面主控站收集各监测(cè)站的观测资料和(hé)气(qì)象信息,计算各卫(wèi)星的星(xīng)历表及卫(wèi)星钟改(gǎi)正数,按规定的格式(shì)编辑导航(háng)电文并通过地面(miàn)上的注(zhù)入站向GPS卫星注入这些信息。测量定位时,用户可以(yǐ)利用接收机接(jiē)收卫(wèi)星星历(lì)得到各个卫星的粗略位置和卫星信号发射的时(shí)间。根据这些数(shù)据,我们可以求出观测(cè)瞬间(jiān)卫星的空间三(sān)维坐标和卫(wèi)星与接收(shōu)机之间的距离。利(lì)用距离交会,我(wǒ)们可(kě)以求出接收机的空间三维坐标(biāo),经过一系列(liè)转换,将接收机的三维坐标换算(suàn)至我们需要(yào)的工程坐标系(xì)。

二(èr)、GPS静态测量

GPS静态(tài)定(dìng)位指(zhǐ)接收机在定位过程中位(wèi)置静止不动,静态相对定位,就是将多(duō)台GPS接收机安置在不同的观测站上,保持各接收机固定(dìng)不动,同步观测相同(tóng)的(de)GPS卫星,以确定(dìng)各观测(cè)站在WGS-84坐标(biāo)系中的相对位置或基线向(xiàng)量的方法。在多个观测站同步观测(cè)相同(tóng)卫星的(de)情况下,卫星轨道误(wù)差、卫星钟差(chà)、接收机钟差(chà)、电(diàn)离折(shé)射(shè)误差和对流层折射误差等,对观测量的影响具有一定的相关性。同一区域同步(bù)观测(cè)时可以(yǐ)认为这些误差影响是(shì)一样的(de),对(duì)同步观测的GPS接收机之间进行求差,可以消除掉大部(bù)分误差,得(dé)到高精度的接收机之间基线长度的观测(cè)值。如果基(jī)线一端的GPS接收机有已知的高精度绝对坐(zuò)标(biāo),即可求得基线另一端的GPS接收机所处位置的高精度绝(jué)对坐标。

在测区较大,而且缺少高等级的起算点的(de)时候,像控点需采(cǎi)用此种方法进行(háng)首(shǒu)级控制,然后采用其(qí)他的方(fāng)式进行加密。此方法(fǎ)测量精度高能达到毫(háo)米级,缺点是测量周期长,数(shù)据(jù)解算复杂(zá)。

三、GPS-RTK测量

RTK(Real Time Kinematic)实时(shí)动态(tài)测量技术,是以载波相(xiàng)位观测为(wéi)根据(jù)的实(shí)时(shí)差分GPS技术,它(tā)是测(cè)量技术发展(zhǎn)里程中的一(yī)个突破,它由基(jī)准站(zhàn)接收机、数据链、流(liú)动站接收机三部(bù)分组成。

在基准站上安置一台(tái)接收机对卫星(xīng)进行连续观测,并将其观测数据和测站信(xìn)息通过无线电(diàn)传输(shū)设备,实时(shí)地发送(sòng)给流动站(zhàn)。流动站GPS接(jiē)收机在接收GPS卫星信号的(de)同时,通过无线(xiàn)接收设备,接收基(jī)准(zhǔn)站传(chuán)输的数据,然后根据(jù)相对定位的原理(lǐ),实时解(jiě)算出流动(dòng)站(zhàn)的三维坐标及(jí)其点(diǎn)位精度(即基准站根据实时观测(cè)数据计算出每个观测历元的(de)坐标改正数,通过无线电实时(shí)传输给流动站,流动站在接收到基准站的(de)改正信息(xī)后,对观测值进行坐标改正(zhèng),得到流动站与基准站同坐标系的平面坐标X、Y和(hé)海拔高H)。

此方法测量速度快,能实时求解,能满足测图精(jīng)度;缺点是基准站与流(liú)动站(zhàn)之间距离不能(néng)太(tài)远,否则流动站收不到基准站的差分信号,定(dìng)位精度低。测区过大时还必须多次(cì)迁(qiān)站。

四(sì)、PPK动态后处(chù)理测量

PPK技术是最早的GPS动态差(chà)分技(jì)术方式,它与RTK技术的主要(yào)区别在于:在基(jī)准站和(hé)流动站之间,不必(bì)像RTK那样(yàng)建(jiàn)立实(shí)时数(shù)据传输,而是在定位观(guān)测(cè)后,对两台GPS接收机所采集(jí)的定位数据进行测后的联合(hé)处理,从而计算出流动站在对应(yīng)时间上的坐标(biāo)位置,其(qí)基准(zhǔn)站和流动(dòng)站之间的(de)距离没有严格(gé)的限制,可以达到300KM。PPK技术的工(gōng)作原理是利用一(yī)台进(jìn)行(háng)连续观测(cè)的基准站接收机和至少一台流动站接收(shōu)机,对GPS卫星进行同步观(guān)测。也就是基准站保持连(lián)续观测,流(liú)动站在未知点(diǎn)上完成初始(shǐ)化后和基准站保持同步观测(cè)。基(jī)准站和(hé)流动站同步接收的数据在计算机中进行线性组(zǔ)合,形成虚拟的载波相位观(guān)测量。确定接收(shōu)机之(zhī)间(jiān)的相对位置(zhì),最后引(yǐn)入基准站的已(yǐ)知坐(zuò)标,从而获得流动站(zhàn)的三维坐标。

为了保证测量精度(dù),建议流动站(zhàn)与基(jī)准站的距离不要大(dà)于50KM。此方法作业效(xiào)率高、作业半径(jìng)大;不(bú)足之处是不能(néng)实时获得未知点的(de)点(diǎn)位信息(xī)。

综上,在无人机技术与摄(shè)影(yǐng)测量(liàng)技术快速发展(zhǎn)的背景下,作(zuò)业范围越来越大,地形(xíng)复杂程度越来越(yuè)高,在进行(háng)像控点测(cè)量时我们需要(yào)根据实际(jì)情(qíng)况(kuàng)合理选择GPS的测量(liàng)方式(shì),以兼顾测量精度和作业效(xiào)率。

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