CN105973203A - 一种无人机航空摄影中差分gnss应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种无人机航空摄影中差分GNSS应用方法，包括如下步骤：根据成果要求进行航带设计，计算无人机航空摄影所需要的技术参数；对无人机自驾仪进行导航参数设置；无人机导航GPS根据设置的路线飞行，并根据设计曝光参数进行航摄；对航摄数据进行检查验收；根据规范要求进行野外控制点测量地形图、DEM、DOM数据制作。本发明提高野外工作效率的有效途径是减少像片控制测量的工作量；减少野外控制点的工作量的途径就是提供空中三角形测量额外的辅助条件；辅助条件途径之一是提高导航GPS的定位精度，进行GPS辅助空中三角形测量。

Description

一种无人机航空摄影中差分GNSS应用方法

技术领域

本发明属于测绘航空摄影领域，尤其涉及一种无人机航空摄影中差分GNSS应用方法。

背景技术

传统无人机航空摄影测量，通过人工遥控操作飞行航摄或GPS单点定位粗略导航，飞行需要操控手遥控，像片拍摄位置不到位，容易返工或对后续工作带来麻烦。航摄仪的内方位元素主要在实验室采用物理方法检定，而像片的外方位元素则主要依靠空中三角测量和大量地面控制点间接解求。工作量大，尤其深山老林，交通不便，工作起来非常困难，浪费大量人力、物力。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是通过差分GNSS技术专利研发，解决：GPS辅助光束法区域网平差，作为区域网平差中的附加非摄影测量观测值，以空中来取代或减少地面控制的方法来进行区域网平差。减少外控点数量，提高工作效率。

为了达到上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种无人机航空摄影中差分GNSS应用方法，无人机航摄***是由地面***、飞行平台、数码遥感影像获取***、数据处理四部分组成；其中：地面***包括用于运输超轻型飞机的车辆；飞行平台包括无人机飞机、自驾仪、通讯***；数码遥感影像获取***包括电源、GPS自主导航与航摄管理***、数字航空摄影仪(数码航空照相机)、微型稳定平台***、控制与记录***；数据处理***包括空三测量、正射纠正、立体测图；

无人机航空摄影中差分GNSS应用方法，具体包括如下步骤：

1)根据成果要求进行航带设计，计算无人机航空摄影所需要的技术参数；

2)对无人机自驾仪进行导航参数设置；

3)无人机导航GPS根据设置的路线飞行，并根据设计曝光参数进行航摄；

4)对航摄数据进行检查验收；

5)根据规范要求进行野外控制点测量

6)地形图、DEM、DOM数据制作。

1.航空摄影测量核心技术

a)航空摄影测量的核心技术为空中三角形测量；

b)空中三角形测量的原理是通过有限数量的地面像控点坐标，通过加密算法得到航空摄影所得每一张航片的姿态；

c)在空三加密的成果基础上进行地形图测绘、DEM\DOM制作；

d)其中地面控制点测量，需要投入大量的人力、物力进行野外实地测量作业，同时也受到天气的影像；减少野外控制点测量的工作量是提高无人机航空摄影测量作业效率的最有效的途径；

2.提高野外工作效率有效途径

1)提高野外工作效率的有效途径是减少像片控制测量的工作量；

2)减少野外控制点的工作量的途径就是提供空中三角形测量额外的辅助条件；

3)辅助条件途径之一是提高导航GPS的定位精度，进行GPS辅助空中三角形测量；

3.导航级GPS与差分GNSS

1)导航级别GPS的精度，正常10米精度级别；

2)差分GNSS的精度，正常为米级，通过差分技术处理达到毫米级别；

4.加装差分GNSS后的效果

3)减少60-70％的工作量

在GNSS定位中，存在三部分误差：一是接收机公有的误差，如：卫星钟误差、星历误差等；二是传播延迟误差，如：电离层误差、对流层误差等；三是各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。为了减少这些误差对观测精度的影响，多采用差分定位技术。

差分技术(以前称为DGPS，Differential GPS，现在应称为DGNSS)就是在一个测站对两个目标进行观测值求差；或在两个测站对一个目标进行观测，将观测值求差；或在一个测站对一个目标的两次观测量之间进行求差。差分的目的是消除公共误差，提高定位精度。无人机差分GNSS：将一台GNSS接收机安置在基准站上观测，根据基准站已知的精确坐标，计算出基准站到卫星的距离和由于误差的存在基准站接收机观测的伪距离之间存在一个差值，这个差值(改正值)由基准站实时地发送出去，无人机接收机在进行GNSS观测的同时，也接收到基准站的改正数，并对定位结果进行修正消除公共误差。差分技术可完全消除上述的第一部分误差，可消除第二部分误差的大部分，但无法消除第三部分误差。由于这种技术能提高定位精度被广泛地应用。

差分GNSS分为单基准站差分、多基准站的局部区域差分和广域差分三种类型。从差分所用的信号信息，可分为码相位和载波相位。

根据差分GNSS基准站发送的信息方式可将差分GNSS定位分为三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。这三类差分方式的工作原理大致相同，都是由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。无人机差分GNSS采用相位差分技术。

通过差分GPS技术，采用GPS辅助空三，实时获得相机拍照时外方位元素中的(Xs、Ys、Zs)三个线元素，忽略角元素，作为区域网平差中的附加非摄影测量观测值，以空中来取代或减少地面控制的方法来进行区域网平差。达到减少外业控制工作量，尤其大山树林交通不变地区，可以大幅度提高工作效率。

包括无人机GPS接收设备、地面GPS基准站、实时/事后数据传输记录解算软件。

增加了无人机、地面GPS控制与接收装置，数据传输解算软件部分。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、减少外业控制测量工作量，最多可减少70-80％，节省时间，提高效率，提高经济效益显著。

2、提高导航定位精度，从2-10米左右单点定位精度，提高到厘米级定位精度(3-5cm)，有效提升像片拍摄位置精度，提高摄影质量。

具体实施方式

本发明提供一种无人机航空摄影中差分GNSS应用方法的具体实施例，无人机航摄***是由地面***、飞行平台、数码遥感影像获取***、数据处理四部分组成；其中：地面***包括用于运输超轻型飞机的车辆；飞行平台包括无人机飞机、自驾仪、通讯***；数码遥感影像获取***包括电源、GPS自主导航与航摄管理***、数字航空摄影仪(数码航空照相机)、微型稳定平台***、控制与记录***；数据处理***包括空三测量、正射纠正、立体测图；

无人机航空摄影中差分GNSS应用方法，具体包括如下步骤：

7)根据成果要求进行航带设计，计算无人机航空摄影所需要的技术参数；

8)对无人机自驾仪进行导航参数设置；

9)无人机导航GPS根据设置的路线飞行，并根据设计曝光参数进行航摄；

10)对航摄数据进行检查验收；

11)根据规范要求进行野外控制点测量

12)地形图、DEM、DOM数据制作。

差分GNSS(DGPS)就是首先利用已知精确三维坐标的差分GNSS基准台，求得伪距修正量或位置修正量，再将这个修正量实时或事后发送给用户(GNSS导航仪、接收器)，对用户的测量数据进行修正，以提高GNSS定位精度。

根据差分GNSS基准站发送的信息方式可将差分GNSS定位分为三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。

差分GNSS(DGNSS)是在正常的GNSS外附加(差分)修正信号，此改正信号改善了GNSS的精度。

这三类差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。

安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的，存在误差。基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正。

最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、SA影响、大气影响等，提高了定位精度。以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况。位置差分法适用于用户与基准站间距离在100km以内的情况。

伪距差分原理 伪距差分是目前用途最广的一种技术。几乎所有的商用差分GPS接收机(或GNSS兼容接收机)均采用这种技术。国际海事无线电委员会推荐的RTCM SC-104也采用了这种技术。

在基准站上的接收机要求得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值加以比较。利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求出其偏差。然后将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。最后，用户利用改正后的伪距来解出本身的位置，就可消去公共误差，提高定位精度。

与位置差分相似，伪距差分能将两站公共误差抵消，但随着用户到基准站距离的增加又出现了***误差，这种误差用任何差分法都是不能消除的。用户和基准站之间的距离对精度有决定性影响。

载波相位差分原理 测地型接收机利用GNSS卫星载波相位进行的静态基线测量获得了很高的精度(10-6～10-8)。但为了可靠地求解出相位模糊度，要求静止观测一两个小时或更长时间。这样就限制了在工程作业中的应用。于是探求快速测量的方法应运而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技术(FARA)使基线观测时间缩短到5分钟，采用准动态(stopand go)，往返重复设站(re-occupation)和动态(kinematic)来提高GNSS作业效率。这些技术的应用对推动精密GPS、GNSS测量起了促进作用。但是，上述这些作业方式都是事后进行数据处理，不能实时提交成果和实时评定成果质量，很难避免出现事后检查不合格造成的返工现象。

差分GPS、差分GNSS的出现，能实时给定载体的位置，精度为米级，满足了引航、水下测量等工程的要求。位置差分、伪距差分、伪距差分相位平滑等技术已成功地用于各种作业中。随之而来的是更加精密的测量技术—载波相位差分技术。

载波相位差分技术又称为RTK技术(real time kinematic)，是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。它能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。

与伪距差分原理相同，由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给用户站。用户站接收GNSS卫星的载波相位与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理，能实时给出厘米级的定位结果。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种无人机航空摄影中差分GNSS应用方法，其特征在于，无人机航摄***是由地面***、飞行平台、数码遥感影像获取***、数据处理四部分组成；地面***包括用于运输超轻型飞机的车辆；飞行平台包括无人机飞机、自驾仪、通讯***；数码遥感影像获取***包括电源、GPS自主导航与航摄管理***、数字航空摄影仪(数码航空照相机)、微型稳定平台***、控制与记录***；数据处理***包括空三测量、正射纠正、立体测图；

其中：无人机航空摄影中差分GNSS应用方法，具体包括如下步骤：

1)根据成果要求进行航带设计，计算无人机航空摄影所需要的技术参数；

2)对无人机自驾仪进行导航参数设置；

3)无人机导航GPS根据设置的路线飞行，并根据设计曝光参数进行航摄；

4)对航摄数据进行检查验收；

5)根据规范要求进行野外控制点测量

6)地形图、DEM、DOM数据制作。