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利用高精度IMU／DGPS系统完成70万平方公里无（少）地面控制点航摄任务& 国家测绘地理信息局
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利用高精度IMU／DGPS系统完成70万平方公里无（少）地面控制点航摄任务
传统航空摄影测量需要一定数量的地面控制点来反算航摄投影中心经纬度及航片姿态，但在我国西部地区，由于自然环境条件恶劣，无法设置地面控制点，因此，尚有约五分之一的国土面积（近200万平方公里）没有1：5万比例尺国家基本图。这将直接影响我国西部地区的经济建设和未来发展，也是我国测绘界在响应中央“西部大开发”号召中所面临的历史性难题和任务。为适应这一需求，从技术上缩短从数据获取到成图的周期，中国测绘科学研究院中测新图（北京）遥感技术有限责任公司在2002年首次引进了基于IMU/DGPS技术的国际先进的航空摄影测量系统。经过消化吸收，在国内首次实现了IMU/DGPS系统、航摄仪的系统集成，成为国内第一家掌握此技术系统的单位。通过大兴安岭和锡林浩特无地面控制的航摄生产试验，制定了《基于IMU/DGPS技术的航空摄影测量技术规定》的规范，形成了一套成熟的工艺流程，大大优化了航摄设计，缩短了成图周期，节约了航摄经费，为我国西部无图区测图提供了关键的技术手段。这项技术在2004年获国家测绘科技进步二等奖。
该公司目前已经拥有了３套高精度IMU/DGPS姿态测量系统，并相继完成新疆雅满苏摄区、新疆和田摄区、青海三江源摄区、甘肃肃南摄区、内蒙古鄂尔多斯摄区、内蒙古阿拉善右旗摄区、内蒙古锡林浩特摄区、内蒙古大兴安岭摄区、吉林省安图摄区、山西省原平—平遥摄区等近70万平方公里的航摄任务。
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191：1000地形图IMU_DGPS辅助航空摄影技-2
3.3基站GPSBase-station；设立在测区内或测区附近、具有作为整个测区首级控制；3.4偏心角Boresightmisalignm；IMU与航摄仪各轴指向及姿态角度定义见图1；图1IMU及航摄仪各轴指向及姿态角示意图；图2偏心角示意图3.5检校场Calibratio；为确定偏心角以及摄站坐标与空中三角测量结果间的系；4航摄系统；4.1系统组成；航摄
3.3 基站GPS Base-station设立在测区内或测区附近、具有作为整个测区首级控制点精度、用于与飞机上机载高精度GPS接收机同步进行GPS观测的GPS地面观测站。3.4 偏心角Boresight misalignment angleIMU与航摄仪各轴指向及姿态角度定义见图1。IMU与航摄仪紧密固联后，各轴指向之间形成的角度称作偏心角，可分解为三个方向上的角度值（θx,θy,θz），见图2。 图1 IMU及航摄仪各轴指向及姿态角示意图 图2 偏心角示意图 3.5 检校场 Calibration Field为确定偏心角以及摄站坐标与空中三角测量结果间的系统差，在摄区或摄区附近选取包含两条航线的区域（如图3所示），采用其他方法（如空中三角测量）精确确定外方位元素，从而进行系统校正。用于系统校正的区域称检校场。4 航摄系统4.1 系统组成航摄系统由航摄仪、机载IMU/GPS系统、基站GPS接收机与组成。4.2 航摄仪IMU/DGPS辅助航空摄影对航摄仪要求如下：a) 符合GB/T 15661和“国家基础航空摄影补充技术规定”中要求的所有技术指标； b) 带有曝光信号传感器，能稳定输出曝光脉冲信号；4.3 机载IMU/GPS系统机载IMU/GPS系统应满足如下要求：a) 机载GPS接收机为高精度动态测量型双频双P码GPS接收机，最小采样间隔不大于1s；b) IMU测角中误差精度要求：侧滚角（Roll）和俯仰角（Pitch）不得大于0.01o；航偏角（Yaw）不得大于0.02o,记录频率要高于50Hz；c) 具有信号时标输入器（Event Marker）接口，能够将航摄仪快门开启脉冲(即曝光时刻)通过接口准确写入GPS数据流，脉冲延时不得大于5ms；d) 机载GPS信号接收天线必须采用航空型产品，具有高动态、高精度双频数据接收能力，并有精确定义和稳定的相位中心，保证能在高飞行高度、高速度情况下正常工作；e) 电源系统应满足航摄作业无间断供电；f) 机内存储系统能够记录和存储航摄作业所有IMU数据、GPS数据以及时标(Event Mark)数据及其他必要数据；4.4 基站GPS接收机为保证IMU/DGPS辅助航空摄影飞行，必须在基站架设高精度GPS接收机，与飞机上机载高精度GPS接收机同步进行GPS观测。基站GPS接收机的性能应与机载GPS接收机性能相匹配，且满足如下要求：a) 基站GPS接收机为高精度测量型双频双P码GPS接收机，最小采样间隔不大于1s； b) 具有带抑径板或抑径圈的GPS信号接收天线；c) 配有充足的电池或电源系统，能保证航摄作业中供电不间断；d) 配有能适应满架次作业所需地面观测数据存储要求的存储器；4.5 机载GPS信号接收天线安装机载GPS信号接收天线安装应满足如下要求：a) 稳定安装在飞机顶部外表中轴线附近，尽量靠近飞机重心和航摄仪主点位置；当航摄仪没有实时旋偏角记录装置时，天线相位中心与航摄仪主点位置偏差不大于20cm； b) 安装位置应方便偏心分量的测量；c) 飞机转弯时机翼可能对天线造成的遮挡最小；d) 尽量使安装后的天线在飞机平飞状态时处于水平；e) 尽量避免来自飞机无线电信号源的串扰。天线安装前，应在计划安装的位置进行GPS静态观测来验证该位置是否满足上述要求。方法是：在飞机附近无遮挡的适当位置，采用同类型GPS接收机，与机载GPS接收机进行同步静态观测，观察机载GPS接收机与飞机附近GPS接收机收到的卫星情况并进行分析。4.6 偏心分量测定机载IMU/GPS系统与航摄仪连接安装完毕后，应精确测定偏心分量，并填写偏心分量测定表（见附录A）。偏心分量的测量误差应不大于lcm。4.7 航摄系统检查航摄系统所有设备均应按照有关规定进行性能检测或检定。航摄系统安装、连接后，应在地面对整个系统进行航摄模拟试验或进行试验飞行，检查IMU、GPS接收机、航摄仪、电源系统、记录系统等工作是否正常。5 航摄设计IMU/DGPS辅助航空摄影的航摄设计工作按照GB/T 15661和GB/T 19294有关规定执行。5.1 航摄方案选择及航线设计5.1.1技术方案选择1:50000比例尺航测成图时，可采用直接定向法或IMU/DGPS辅助空中三角测量方法。 在山地和高山地以及特殊困难地区（大面积的森林、沙漠、戈壁、沼泽、沿海滩涂等）进行1:10000比例尺航测成图时，可采用直接定向法或IMU/DGPS辅助空中三角测量方法。在平地和丘陵地进行1:10000比例尺航测成图时，可采用IMU/DGPS辅助空中三角测量方法。5.1.2直接定向法飞行方案5.1.2.1按照航摄分区敷设航线。5.1.2.2每个架次需飞行检校场。5.1.3 IMU/DGPS辅助空中三角测量法航摄飞行方案5.1.3.1按照5.1.4要求进行加密分区设计和航线敷设；5.1.3.2在加密分区四角布设地面平高控制点；5.1.3.3系统安装后的首次航摄一般需飞行检校场；使用中出现大的震动后，应飞行检校场。5.1.4航线敷设与航摄分区划分航线敷设与航摄分区划分参照GB/T 15661和“国家基础航空摄影补充技术规定”中的相应规定执行，同时要求：a) 需要进行加密分区设计时，航摄分区界线应与加密分区界线保持一致或者一个航摄分区包含多个完整的加密分区；b) 航线敷设和划分分区时应考虑每条航线直线飞行时间一般不大于30min；5.2 基站布设和测量5.2.1 基站设计考虑到观测备份和数据检核，应根据摄区大小，在摄区内合理布设不少于2个基站。 1:50000地形图航空摄影时，摄区内任意位置与最近基站间距离不宜超过400km。 1:10000地形图航空摄影时，摄区内任意位置与最近基站间距离不宜超过300km。5.2.2 基站布设按照GB/T 18314与本规定5.2.1中基站选址原则，结合摄区内大地测量控制成果，在摄区范围内设计位置附近，选择适合布设控制点的点位作为初选基站候选站址。对基站候选站址进行实地选择，选址原则如下：a) 位于开阔处，附近无电波干扰；b) 站点附近交通、通讯条件良好，便于联络和数据传输；c) 人员稀少或不易到达的地点，避免闲杂人滋扰；d) 点位需要设立在稳定的、易于保存的地点（如房顶等）；e) 应具有可靠电源，以保障设备充电；f) 充分利用符合要求的旧有控制点；g) 适合长期作业。以下场合不适宜设立基站：a) 具有强反射的地面，如平坦光滑地面、盐碱地带、金属矿区或邻近水面位置； b) 具有强反射的环境，如山谷中、大型建筑物附近等；c) 邻近电磁波强辐射源(在200m 以内)，如电台、雷达站、微波中继站等； d) 邻近高压输电线和微波无线电信号传送通道（在50m 以内）。5.2.3 基站埋石基站位于大地控制点时，直接采用大地控制点；基站位置上无大地控制点，应按照GB/T 18314规定进行GPS控制点埋石；基站位于建筑物上时，应按照建筑物上标石埋设，否则须按照GPSC级点埋石方法进行埋设。基站埋石后，按GB/T 18314要求填写GPS点之记。5.2.4 基站测定当基站点坐标未知时，应对基站实施GPS静态定位测量，基站测定和坐标解算宜采用如下方法进行：a) 须使用双频GPS接收机及高精度配套天线；b) 采用基站同步联测方式；c) 连续观测2个观测时段；每个时段时间为UTC 00:05:00 开始，每个观测时段长度不得少于10h；d) GPS测量观测数据采样间隔为30s，卫星截止高度角小于5度，有效观测卫星数不少于4颗；e) 填写基站同步观测情况记录单（见附录D）；f) 以分布在测区周边的2－4个GPS连续运行站为数据起算基准站，采用IGS精密星历和高精度GPS数据处理分析软件，解算各基站点在国家GPS2000框架下的的WGS84包含各类专业文献、中学教育、生活休闲娱乐、专业论文、外语学习资料、行业资料、文学作品欣赏、191：1000地形图IMU_DGPS辅助航空摄影技等内容。　
　MU/DGPS 辅助航空摄影时,机载 GPS 接收机数据采样间隔最大为( A )S A 1 B 2 C 5 D 10 出处: 1:100 地形图 IMU/DGPS 辅助航空摄影技术... 　 1:00地形图航空摄影测量内业规范_天文/地理_自然科学_专业资料。... 9页 免费 1:100地形... 22页 7下载券喜欢此文档的还喜欢... 　 基础地理信息数字产品1:00数字正射影像图(CH/T)_信息...100 000 地形图航空摄影测量外业规范 GB/T
1:5 000、1:10 000... 　 新密市1:5千地形图技术设计书_建筑/土木_工程科技_专业资料。新密市市域 1...《1:00、1:200、1:100000 地 形图航空摄影规范》 ... 　20 世纪 90 时年代数字测量系统进入实用化阶段,并逐步替代传统的摄影测量仪器和...国家西部 1:50000 地形图空白区测图工程: IMU/DGPS 辅助的航空影像测图技术。... 　不应大于旁向图廓边长的 1/5 22、1:50000 地形图航空摄影时,对构架航线的...10000 次 D、在使用或运输过程中产生剧烈震动以后 9、下列关于航空摄影时飞行... 　4 技术设计方案 4.1 作业依据 4.1.1 《1:5000、 :10000 地形图航空摄影...像片控制点的布设本测区采用 IMU/DGPS 辅助数字航空摄影技术的作业方法获取的航... 　(DGPS)技术要求 国家三角测量规范 大地天文测量规范 ...地形图航空摄影测量外业规范 1:200、1...地形三维可视化技术 地图自动综合理论与方法 GPS 辅助... 　00 1:00 1:100000 地形图航空摄影规范 GB ...(DGPS)技术要求 GB/T17694GB/T 地理信息术语 GB/T 印刷...来源：《科技资讯》2009年第33期 作者：张骥;
基于实例的IMU/DGPS辅助航摄测量应用研究
IMU/DGPS辅助航空摄影测量技术在国际上属新兴技术,随着技术进步和应用实践日益成熟,并逐步应用到航空遥感的各个领域。IMU/DGPS系统已经成为数字航摄仪(尤其是推扫式数字航摄仪)以及机载激光扫描系统(LIDAR,Light Detec-tion And Ranging)的必备装置,但由于关键部件之一的高精度惯性测量单元(IMU)的产品和技术引进受到诸多限制,国内民用领域对该技术的掌握程度不高。见诸于资料的多是针对某一局部问题细节的科学讨论,尚无对IMU/DGPS辅助航空摄影测量技术的系统分析和研究,尤其在规模化生产应用中所需工艺流程等方面可供借鉴的资料非常少。因此,随着国际上对满足航空摄影测量成图精度要求的IMU对中国民用领域限制的逐步减少,有必要迅速引进和消化吸收国际先进的工MU/DGPS产品与技术,进行系统的分析和研究,形成可在国内规模化推广应用的生产工艺流程,并制定相应的技术规定和标准,实现无(或少)地面控制航空摄影测量成图,更好地为国民经济建设服务。1IMU/DGPS系统构成IMU/DGPS系统硬件主要包括:IMU、机载双频GPS接收机及高性......(本文共计2页)
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出版：科技资讯杂志编辑部
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国内首次成功进行大范围基于IMU／DGPS技术的航空摄影测量生产实验
&国内首次大范围基于IMU／DGPS技术的航空摄影测量生产实验项目，日前通过国家测绘局组织的专家验收。这次实验实现了无地面控制航测成图，对于填补西部无图区测图空白，加快国家基本比例尺地形图更新将产生重大影响。从航摄像片直接测定地面点坐标，是摄影测量的发展趋势。IMU／DGPS技术航测成图法可直接获取外方位元素，节省外业控制，缩短航测成图周期，降低航测成本。为加快国家基本比例尺地形图更新和国家基础地理信息系统建设，尽快解决我国西部地区1：5万无图区航测成图关键技术问题，满足国民经济建设和实施西部大开发战略的急需，中国测绘科学研究院于2002年8月向国家测绘局提出了基于IMU／DGPS技术航空摄影测量系统试生产研究项目。同年10月，研究院在国内首次引进德国生产的IMU／DGPS系统，并在河南安阳地区进行了小范围生产试验，实现了无地面控制航空摄影测量成图。在小范围生产试验的基础上，国家测绘局组织实施了国内首次大范围基于IMU／DGPS技术航空摄影测量生产实验项目。该项目2003年8月启动，2004年1月15日结束，由中国测绘科学研究院、空军航测团、内蒙古自治区测绘院、国家基础地理信息中心等单位共同完成。此次实验与生产实际紧密结合，实验地点设在锡林浩特测区内。锡林浩特测区与西部无图区有很多相似之处，如沙地、戈壁面积大，无法按照常规进行野外像控测量；测区内地形类型齐全，有高山地、山地、丘陵、平地。在生产实验过程中，技术人员选取了适当的精度验证地区，分别采用传统航空摄影测量方法和基于IMU／DGPS技术航空摄影测量方法进行外方位元素计算，并对成果的精度进行了比较。这次生产实验验证了基于IMU／DGPS技术航空摄影测量在西部无图区航测成图的先进性和可靠性，形成了一整套面向生产的基于IMU／DGPS技术航空摄影测量工艺流程，验证了基于IMU／DGPS技术直接定向法航测成图可满足1：5万成图以及山地、高山地1：1万成图精度规范要求，IMU／DGPS辅助空三方法航测成图可满足丘陵地1：1万成图精度的规范要求，从而为IMU／DGPS技术在更大范围内推广应用提供了依据。IMU／DGPS技术航空摄影测量方法具有广阔的应用前景。目前，我国已有的1：5万地形图中近三分之一的地形图成图来自上世纪七八十年代的航测影像数据。在我国西部占国土面积近五分之一的地区还没有1：5万地形图，根本满足不了经济建设发展的需要。IMU／DGPS技术的推广应用，将加快国家基本比例尺地形图更新，以及西部无图区航测成图，省级1：1万地形图航测成图和城市大比例尺数字正射影像地图生产，满足国民经济建设、社会发展和西部大开发对基础地理信息的迫切需求，加快数字中国地理空间框架建设，提高测绘公共服务水平。&（摘自中国测绘报 ）&
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备案编号：6基于IMU/DGPS的航空遥感影像快速纠正方法　
□ 马红涛 余 涛 郑逢斌 郭 丁
　　其中：x，y为像点像平面坐标；△x，△y为像平面坐标的改正数； x0，y0，f为内方位元素，代表像主点在像平面坐标系中的坐标以及标称焦距；ai，bi，ci(i=1,2,3)为像方空间坐标系相对于物空间坐标系的旋转矩阵的各元素，是像片外方位角元素(φ，ω，κ)的函数；X,Y,Z为地面点在地面坐标系中的物方空间坐标；Xs，Ys,Zs为像片外方位线元素，即航摄仪投影中心地坐标系中的空间坐标。
　　1.2POS/AV系统简介
　　POS/AV(Position and Orientation System for Airborne Vehicles) 系统专门为机载传感器的直接地理定位设计，它通过集成高精度的GPS和惯性测量装置(Inertial Measurement Unit, IMU), 提供传感器实时或后处理的位置和翻转、俯仰及偏航角度，适用于画幅式相机、激光雷达、线阵CCD以及SAR等多类传感器。
　　POS/AV系统采用GPS、INS紧组合方式，主要包括四部分：IMU单元，双频低噪声GPS接收机，主控计算机系统PCS和后处理软件包POSPac。整个系统的核心是集成的惯性导航算法软件，它由POSRT、POSGPS、POSProc及POSEO四个独立的软件模块组成，可以实时运行在PCS上，也可以后处理时使用。它利用 GPS观测来校正IMU获取的姿态和位置，使之输出的数据保持动态高精度和绝对高精度。
　　1.3POS/AV数据后处理
　　POS/AV系统的后处理过程涉及到多种坐标系统，包括像空间坐标系(i)、传感器坐标系(c)、IMU坐标系(c)、导航坐标系(g)、地心坐标系(E)和用户定义的成图坐标系(m)[7]。通常情况下，POSProc模块输出的是导航解，即IMU坐标系(b)在导航坐标系 中的侧滚、俯仰和偏航角(Φ，Θ，ψ)，以及IMU坐标系（b）原点在地心坐标系(E)中的坐标(XIMU,YIMU,ZIMU)，并非影像的外方位元素(XS,YS,ZS,ω，φ，κ)。POSEO模块用于计算影像的外方位数据，但需另行购买。本文运用POS系统导航解计算外方位元素数据的方法[5][6]。
　　依据外方位元素的定义，将成图坐标系（m）依次经过绕X、Y、Z轴ω，φ，κ角度的旋转，各坐标轴与像空间坐标系(i)保持一致，这一过程可分解为：成图坐标系(m)→地心坐标系(E)→导航坐标系(g)→IMU坐标系(b)→传感器坐标系(c)→像空间坐标系(i)。
　　2 基于IMU/GPS的快速正射纠正
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　　遥感影像校正的目的，是改正原始影像的几何变形，产生符合某种投影或图形表达要求的新影像。简而言之，几何校正就是将影像数据投影到平面上，使其符合地图投影的过程。校正的主要环节一是像素坐标变换，二是像素亮度值重采样。
　　在航空影像的数字几何纠正中，常用的多项式形式有：一般多项式，勒让德正交多项式、切比雪夫正多项式、分块插值多项式等。在图像几何校正中，需要对原始输入图像进行重采样，以便得到消除了几何畸变的图像，重采样的方法有直接法和间接法。
　　3 基于IMU/GPS进行快速镶嵌
　　要进行遥感影像的镶嵌，首先需将原始影像进行正射纠正。根据重采样方式的不同，正射纠正可分为直接法和间接法，如图3所示。其中间接法由于灰度重采样较为容易实现，应用较为广泛。
　　间接法校正是根据正射影像上像点的坐标，反求其在原始影像上的像点，并将的灰度值赋给。间接法校正的坐标变换函数采用共线条件方程：
　　其中，(Xs，Ys，Zs，ω，φ，κ)为摄影像片的外方位元素，a1,a2,…c3是由(ω，φ，κ)构成的旋转矩阵的元素，(x,y)为像点的像平面坐标。
　　由于按照（3）式计算出的像点坐标一般不是整数值，必须进行灰度重采样，常用的有最临近点法、双线性内插、双三次褶积法等。
　　正射纠正的关键在于获取像片的外方位元素(Xs,Ys,Zs,ω，φ，κ)，传统的方法是利用大量实测的地面控制点，通过光束法空中三角测量进行反求，这种方法速度缓慢，难以满足应急保障。由GPS/IMU组合得到的POS系统可直接测量相机的位置和姿态数据，进而可转换为影像的外方位元素，从而可在航空摄影之后立即进行正射纠正和影像镶嵌。
摘自：　　
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