GPS辅助航空摄影技术规定试行.docx
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GPS辅助航空摄影技术规定试行
GPS辅助航空摄影技术规定
（试行）
国家测绘局
2004年12月
目次
前言
1范围…………………………………………………………………………………………
（1）
2引用标准……………………………………………………………………………………
（1）
3定义…………………………………………………………………………………………
（1）
4航摄系统……………………………………………………………………………………
（2）
5航摄设计……………………………………………………………………………………（4）
6基准站测量…………………………………………………………………………………（4）
7航摄飞行……………………………………………………………………………………（5）
8GPS数据检核、预处理及保存……………………………………………………………（6）
9航摄资料提交………………………………………………………………………………（7）
附录A（提示的附录）机载GPS天线偏心分量测定结果…………………………………（9）
附录B（提示的附录）GPS接收机检测方法………………………………………………（11）
附录C（标准的附录）像片控制点布设……………………………………………………（12）
附件《GPS辅助空三测量技术要求》
前言
本规定是根据GB/T1.3--1997《标准化工作导则第1单元：
标准的起草与表述规则第一部分：
标准编写的基本规定》进行编写的。
本规定是为满足我国现阶段和今后一定时期内所采用和将采用的GPS航空摄影测量技术而制定的。
本规定内容涉及GPS辅助航空摄影时的各种要求，GPS数据的采集、检核、计算、保存以及成果资料的提交。
本规定由国家测绘局提出。
本规定由国家测绘局归口。
本规定以国家测绘局测绘规定化研究所和武汉大学共同编写的《GPS辅助航空摄影规范》（报批稿）为依据，并结合近年来的生产实践。
1范围
本规范规定了1:
5000、1:
10000、1:
25000、1:
50000、1:
100000地形图航空摄影测量中采用GPS辅助空中三角测量时对航摄系统，航摄设计，航摄飞行，GPS数据采集、检核、摄站坐标计算及保存，联合平差所需控制点的布设以及成果资料提交的要求。
本规范适用于1:
5000、1:
10000、1:
25000、1:
50000、1:
100000地形图航空摄影测量中采用GPS辅助空中三角测量时而进行的航摄像片和GPS数据获取作业。
2引用标准
下列规定所包含的条文，通过在本规定中引用而构成为本规定的条文。
本规定出版时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本规定的各方应探讨、使用下列标准最新版本的可能性。
GB6962—19861:
500、1:
1000、1:
2000地形图航空摄影规范
GB/T15661—19951:
5000、1:
10000、1:
25000、1:
50000、1:
100000地形图航空摄影规范
GB/T13990—19921:
5000、1:
10000地形图航空摄影测量内业规范
GB/T13977—19921:
5000、1:
10000地形图航空摄影测量外业规范
GB/T12340—19901:
25000、1:
50000、1:
100000地形图航空摄影测量内业规范
GB/T12341—19901:
25000、1:
50000、1:
100000地形图航空摄影测量外业规范
GB/T18314—2001全球定位系统（GPS）测量规范
3定义
3.1GPS辅助空中三角测量
利用安装于飞机上与航摄仪相连接的和设在地面一个或多个基准站上的至少两台GPS接收机同步而连续地观测GPS卫星信号、同时获取航空摄影瞬间航摄仪快门开启脉冲，经过GPS载波相位测量差分定位技术的离线数据后处理获取航摄仪曝光时刻摄站的三维坐标，然后将其视为附加观测值引入摄影测量区域网平差中，以取代地面控制，经采用统一的数学模型和算法来整体确定目标点位和像片方位元素，并对其质量进行评定的理论、技术和方法。
GPS辅助空中三角测量的目的在于满足现行航空摄影测量作业规范精度要求的前提下，尽
可能地减少常规空中三角测量必需的地面控制点，甚至完全免除野外实地测量像片控制点工作，从而缩短航测成图周期、降低生产成本、提高生产效率。
3.2偏心分量
当航摄仪处于理想状态时（===0），机载GPS天线相位中心在像空间坐标系中的位置（u,v,w）（参见附录B，如图所示）。
3.3GPS摄站坐标
航摄仪曝光时刻，机载GPS天线相位中心在用户选定坐标系中的空间位置。
3.4加密分区
GPS辅助空中三角测量内业计算时，一个平差单元所包含的区域。
3.5基准站
设立在地面上具有用户选定坐标系坐标的GPS观测站。
3.6卫星高度截止角
GPS测量时所选取的最低卫星高度角。
3.7卫星信号失锁
GPS接收机在观测过程中，因机内外因素的影响导致接收机工作信号中断所引起的GPS数据丢失现象。
3.8数据更新率
GPS接收机为能够获取一次新的点位和有关数据而选定的具有一定间隔的时元。
4航摄系统
4.1GPS接收机
4.1.1机载GPS接收机
机载GPS接收机应达到以下基本要求：
a）必须是高精度航空型动态测量用GPS接收机；
b）具有C/A码伪距、P码码相位和双频载波相位测量能力；
c）带有信号时标输入器（EventMarker）及其接口电缆，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数据流中；
d）在飞机飞行速度高达300m/s时，仍能很好地动态作业；
e）具有10MB以上容量的机内存储器；
f）数据更新率1s；
g）应配备充足的蓄电池以保证在一个满架次航摄作业中直流供电不间断。
4.1.2基准站GPS接收机
基准站上可架设大地测量型GPS接收机，其性能应与机载GPS接收机性能相匹配，除满足4.1.1之b）、e）、f）条件外，还应具有带抑径板或抑径圈的GPS信号接收天线。
若GPS接收机不满足4.1.1之e）的规定，可根据航摄飞行时间长短决定采用PC机扩展存储GPS数据的方法，并保证PC机在一个满架次航摄作业中供电不间断，且必须确保数据记录正确无误和后续使用。
4.2航摄仪
4.2.1航摄仪必须符合GB/T15661中规定的技术指标。
4.2.2用于GPS辅助空中三角测量的航摄仪必须带有曝光信号传感器，并易与机载GPS接收机连接，且能稳定地输出航摄仪快门最大开启时刻的曝光脉冲信号，脉冲延时不得大于5ms。
4.2.3按4.2.2要求改装的航摄仪必须经检测和认可，并具备完整的检测报告。
报告内容应包括曝光信号传感器的加装方法、曝光脉冲信号输出质量、曝光脉冲信号输出时刻与最大实际曝光中心时刻的最大时间差等。
4.3机载GPS接收天线及其安装
4.3.1天线基本性能
天线应满足适航条件，并能达到以下要求：
a）具有双频接收能力及相应的前置放大器；
b）具有半球状天线方向图，其方向截止角不大于1；
c）具有精确定义和稳定的相位中心；
d）可在飞行高度达15000m时正常工作。
4.3.2天线的安装
天线应稳定地安装在飞机顶部外表中轴线附近，并满足以下要求：
a）尽量靠近飞机重心和航摄仪主点位置；
b）当飞机转弯时，机翼有可能对天线造成的遮挡为最小；
c）严防来自飞机无线电信号源的串扰；
d）安装位置便于偏心分量的测量。
4.4系统连接
机载GPS天线、机载GPS接收机、航摄仪连接构成的航摄系统应能正常工作，设备与设备之间不应出现干扰现象。
当首次进行系统连接、系统长时间停止使用、更换新的航摄仪时，系统连接后应进行以下试验，各项要求满足后，方可用于航摄作业。
a）机载GPS天线与GPS接收机连接后，须作GPS静态测量试验，检验机载GPS接收机工作是否正常；
b）静态测量后，应连接航摄仪，进行带GPS航摄模拟试验，检查航摄仪快门开启脉冲是否正确写入GPS数据流中；
c）在满足b）条要求基础上，进行带GPS航摄飞行试验，检验系统各环节工作是否正确无误。
4.5系统检测
4.5.1在进入摄区之前，所有GPS接收机应进行一次基本性能检测，检测方法可参考本标准之附录D。
4.5.2航摄仪的检测按GB/T15661规定执行。
4.6偏心分量的测定
首次安装机载GPS天线和航摄仪后，应采用地面测量方法测定机载GPS天线偏心分量，测量精度应优于1cm。
5航摄设计
5.1GPS辅助空中三角测量的航摄设计工作，必须符合GB/T15661规定的内容和程序。
此外，还需考虑到以下要求：
a）航线敷设参照GB/T15661相应规定执行，但当航线沿图幅中心线敷设时，平行于航摄飞行方向的测区边缘应各外延一条航线；
b）航摄分区的划分应按GB/T15661之相应规定执行，但分区界线应与加密分区界线相一致或者一个航摄分区包含多个完整的加密分区；
c）加密分区两端尽可能加摄“控制航线”，控制航线应满足GB/T15661之“控制航线”要求并保证覆盖加密分区四角控制点，具体参见附录C。
5.2地面标志布设
在无法选定明显地物点、易造成内业判读困难的加密分区中，应于加密分区四角各布设一个航摄标志，条件许可时，最好布设双航摄标志，标志的布设参照GB6962之相关规定执行。
6基准站测量
6.1基准站布设
为实现差分GPS测量（DGPS）解算和机载GPS测量数据质量的评定和数据检核，应在摄区内的对角布设两个地面基准站，控制航线最好覆盖该两基准站，另外，应在机场附近设置一个基准站。
站点的选择按以下要求进行:
6.1.1室内选点
根据摄区内大地测量控制成果，按照GB/T18314规定的GPS站址选择原则，初选出4个已知平面坐标和高程的大地测量控制点，作为基准站候选站址。
6.1.2野外勘选
依据室内选定的候选站点，进行实地选择。
选择的原则是：
a）基准站离测区边缘最远距离一般不得超过600km；
b）位于开阔地带，附近无电磁波干扰；
c）站点附近地表面有浅植被覆盖，以抑制多路径效应；
d）通信条件良好，便于彼此联络；
e）具有可靠的电源，保障设备供电。
以下场合不适宜设立基准站：
a）具有强反射的地面，如邻近水面地区、平坦光滑地面、盐碱地带及金属矿区等；
b）具有强反射的环境，如山谷中、山坡上及建筑物附近等；
c）电磁波强辐射源附近，如电台、雷达站、微波中继站等。
6.2基准站测定
如果选定的基准站点不具有WGS84坐标系和/或用户选定坐标系中的坐标，应进行基准站测量。
测量时，可以采用GB/T18314中规定的GPS卫星定位网观测方法，在拟作基准站的点位上实施GPS静态定位测量，以便精确解出该点位在WGS84坐标系和用户选定坐标系中的两套坐标。
6.3基准站开关机时间
基准站开机时间应早于机载GPS接收机开机时间，关机时间应迟于机载GPS接收机关机时间，以保证机载GPS接收机与基准站GPS接收机工作时间重叠。
7航摄飞行
7.1飞机停机位置
航摄飞机在进行GPS辅助空中三角测量的航摄飞行前和着陆后，应进入预定的停机位置。
停机位四周应视野开阔，视场内障碍物的高度角应小于150，保证对GPS信号接收不产生影响。
7.2GPS接收机参数设置
航摄飞行前，应认真检查所有GPS接收机的各项参数设置值，并将下列参数设置为：
a）数据更新率1s；
b）卫星高度截止角为10；
c）最少卫星数为4颗；
d）机载GPS接收机可用内存空间为10MB以上。
7.3初始化测量
航摄飞行前，应进行GPS接收机的初始化测量。
可采用GB/T18314中规定的GPS静态定位测量方法，初始化测量时间应不少于10分钟。
其间，应严格防止各种原因遮挡机载GPS天线造成的GPS信号失锁。
7.4航摄飞行实施
7.4.1飞机在滑行期应注意:
a）GPS接收机初始化测量完毕，飞机在起飞滑行之前，作业员须及时将机载GPS接收机工作方式从静态转变为动态；
b）飞机滑行期应避免附近有高大树木或建筑物等遮挡，以免GPS信号失锁；
c）飞机着陆后，静态观测开始时，作业员须及时将机载GPS接收机工作方式从动态转变为静态。
7.4.2航摄飞行作业中应满足GB/T15661对飞行和摄影质量的要求。
为防止GPS信号失锁，飞机转弯梯度角应小于25。
航摄飞行过程中，应经常查看GPS接收机的工作状况，确保GPS接收机正常工作，并认真填写“航摄飞行记录单”。
7.5GPS静态观测
航摄飞行结束后，应进行GPS静态观测，观测时间不少于10分钟。
7.6中止飞行
航摄飞行过程中，飞机进入航线处于航空摄影状态，若出现长时间GPS卫星信号失锁致使在后续多条航线内观测到的卫星数少于4颗时，本架次航摄飞行应立即中止，并查明原因。
7.7补摄与重摄
7.7.1航摄飞行质量和影像质量符合GB/T15661要求，由于航摄仪曝光脉冲输出装置故障引起少量曝光脉冲不能正确写入GPS数据流中，造成部分航片无法解出GPS摄站坐标，当加密分区内一条航线上连续不超过3张像片时不必补摄。
7.7.2GPS信号正常，航摄飞行质量或影像质量不符合GB/T15661要求，但不影响整条航线内业加密的模型连接，可按GB/T15661常规航空摄影的相应规定进行补摄。
7.7.3航线中的绝对漏洞和连续超过3片以上的相对漏洞均须在漏洞处进行补摄，补摄航线的长度应超出漏洞两端外各一条基线。
7.7.4加密分区内一条航线需补摄的漏洞不得超过一处。
7.7.5当一条航线经补摄仍不能满足7.7.2～7.7.4条的规定时，应按原设计要求对整条航线进行重摄。
7.7.6加密分区边缘航线和控制航线需要补摄时必须按原设计要求对整条航线进行重摄。
8GPS数据检核、预处理及保存
8.1GPS观测数据转存
一个架次航空摄影结束后，应在室内将记录在GPS接收机内存中的GPS观测数据安全无误地转存到PC机的存贮介质中。
8.2GPS观测数据预处理
利用GPS数据处理软件，分析观测数据文件、调用信息文件、查阅所记录数据的完整性和完好性，进而将机载GPS数据与各基准站GPS观测数据进行匹配检验，判定能否进行DGPS测量解算。
8.3GPS观测数据分析
根据GPS观测数据预处理结果，分析和评定利用该次机载GPS观测数据能否解算出GPS摄站坐标，亦即机载GPS测量和基准站观测的GPS数据是否有中断、其程度如何、两种GPS数据的匹配程度及其他问题，并认真填写“GPS观测数据预处理结果分析表”。
8.4GPS摄站坐标计算
根据航空摄影资料，按照GPS载波相位测量差分定位技术计算每一张像片于曝光时刻的机载GPS天线相位中心在用户选定坐标系中的坐标，并将机载GPS接收机所记录的曝光脉冲序号转换成相应的像片号。
9航摄资料提交
整个测区航摄飞行结束并经GPS数据检核合格后，应及时移交航摄资料。
资料的提交应按GB/T15661中的相应规定执行。
此外，还必须提交以下资料：
a）航摄飞行记录单；
b）机载GPS接收天线偏心分量测定值；
c）以光盘介质存储的GPS观测数据；
d）GPS观测数据预处理结果分析表；
e）GPS摄站坐标及其对应的曝光时刻成果表；
f）航摄仪曝光信号传感器检测报告；
g）相关的其他文档资料。
附录A
机载GPS天线偏心分量测定结果
飞机型号
飞机号
航摄仪型号
镜头号
机载GPS接收机型号
偏心值（m）
u
v
w
测量者:
检查者:
日期:
附录B
GPS接收机检测方法
GPS接收机检测采用超短基线检验法，其基本步骤如下：
B1在一个植被优良和地势开阔的检验场地上，测设一个较理想的边长仅为5m左右的检验三角形（见图D1），并精确测定各边的实际长度，以此作为检测的标准值。
B2按照全组合方式，用受检GPS接收机在检验三边形上作相对定位测量。
当作第一组检验时，三台GPS接收机（R1，R2，R3）分别安设在三个测站A，B，C上（见表D1）。
当作第二组检验时，三台GPS接收机依顺时针变换测站安设位置（如表D1的R3（A），R1（B），R2（C））；余此类推。
采用三角形检验，可以计算出同步环路的坐标闭合差，及时评定GPS数据质量的优劣，客观地检验GPS接收机的基本性能。
表D1在三角形上的组合检验
站名
观测组
A
B
C
第一组
R1
R2
R3
第二组
R3
R1
R2
第三组
R2
R3
R1
图D1检验三边形
B3处理和分析各GPS接收机对的相对定位测量成果。
在几米长的超短基线上作双差定位测量时，既可不顾及对流层和电离层时延改正残差影响，又可消除星历误差和星钟误差以及接收机的时钟误差。
各站际双差成果和基线标准值之差能较客观地反映各GPS接收机的仪器误差及其稳定性。
B4当三台GPS接收机所测得的超短基线距离与其标准值之差，最大相差为毫米级时，表明受检的三台GPS接收机既不存在明显的仪器误差之异，又在相对定位时具有较小的仪器误差。
附录C
像片控制点布设
C1像片控制点布设
C1.1像片控制点的分类、在像片上的位置要求和选判条件应执行GB/T13977的有关规定。
C1.2区域网布点
a）带有控制航线的规则加密分区，须于区域四角各布设一个平高地面控制点，如图E1所示；若条件允许，应布设双点。
b）无控制航线的规则加密分区除按a）布设平高地面控制点外，须于区域两端垂直于航线方向的旁向重叠中线附近各布设一个高程地面控制点，如图E2所示。
c）不规则区域须于其周边增设像片控制点，一般在凸转折处布设平高地面控制点，凹转折处一条基线时布设高程地面控制点、二条以上基线时布设平高地面控制点，如图E3所示。
C2无地面控制
在1:
50000和1:
100000地形图测绘或空间数据采集时，若地区困难，作业人员难以到达，经用图单位同意，亦可采用无地面控制的GPS辅助空中三角测量。
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