特殊地區地形圖測繪中控制基礎的確立

郭群長，徐 峰，劉 立，汪菲菲

(68011部隊，甘肅 蘭州730020)

在信息化時代，會涉及境外地形圖測繪問題，而境外地區(包括淺縱深地區和縱深地區)人員難以進入進行實地測量;在我國西部的沙漠、沼澤和高原高寒地區，人員也難以進入進行實地測量。控制測量是地形圖測繪的第一道工序，是確保測圖工作正常進行和成圖質量的重要基礎，也是解決人員難以進入地區地形圖測繪技術問題的關鍵。本文圍繞1∶5萬比例尺地形圖測繪的要求，結合近年的探索與實踐，對3類人員難以進入地區的控制基礎確立問題進行總結和探討。

一、境內難以進入地區

我國西部沙漠、沼澤和高海拔地域分布廣泛，一些地區人員難以進入進行實地測量。長期以來，由于受技術條件限制，我國西部幾千幅1∶5萬比例尺地形圖空白區，直到“十一五”結束才得以消滅。2004年，我部承擔了西部某測區192幅1∶5萬比例尺地形圖測繪任務，當時只有航空影像資料。該地區沼澤分布廣泛，大部分區域人員難以進入，如采用傳統航空攝影測量方法，需實地測量大量控制點，即使不惜生命代價，也難以在如此惡劣條件下完成大規模的野外測量任務。當時，正值我國尖兵系列遙感衛星發射之際，因此決定采用尖兵系列進行野外控制測量、內業加密，基于航空影像進行內業測圖的方法。

該方法的思路是：基于衛星影像首先進行野外控制測量，利用尖兵系列衛星影像星像片姿態角計算出衛星軌道攝站角元素，然后量測衛星影像的格網點坐標、激光反射點坐標作為控制測量基礎，結合外業實測控制點進行光束法區域網平差，求出各像片的外方位元素和加密點地面坐標。計算公式為

式中，X、Y、Z為以攝站點為原點的地面點坐標;Xs、Ys、Zs為攝站點的地面坐標。

之后，將野外實測控制點和解算出的加密點轉刺到航片上，作為控制基礎構網平差，解算出航片外方位元素進行測圖，如圖1所示。

圖1 基于航天影像+航空影像的作業方法

但由于尖兵系列衛星影像只能滿足測繪1∶5萬～1∶10萬比例尺地形圖的精度要求，根據該地區地物稀少的特點和成圖應用的實際，我們又提出“按1∶10萬精度測繪、1∶5萬內容表示”的方案。這一方案得到批準后，我們用GPS測量方法實測控制點26組、72個點，使該任務得以順利完成。

這一方法充分利用了衛星影像覆蓋面積大、所需控制點少的特點，解決了人員難以進入地區外業控制測量難題，又發揮了航空影像分辨率高、利于內業測圖的優勢，保證了測圖任務的正常完成。但由于受衛星影像分辨率限制，其精度不能完全滿足1∶5萬比例尺地形圖的要求，這在當時技術條件下是不得已的選擇。

隨著我國“天繪”、“資源三號”遙感衛星的成功發射，我們已具有自主獲取高分辨率衛星影像的能力，同時也可通過商業途徑獲取高分辨率影像，采用衛星影像空三加密方法，可更好地解決境內人員難以進入地區地形圖測繪中的控制基礎問題。

二、境外淺縱深地區

我國陸地邊境線長達2．1萬km，與周邊14個國家接壤。開展境內地形圖測繪與更新，不可避免地涉及邊境地區(包括境外淺縱深地區)測繪問題。通過近年的探索與實踐，我們認為基于利用少量控制點外推定位的方法，可滿足境外淺縱深地區1∶5萬比例尺地形圖測繪精度要求。

目前，國內外通常采用的外推模型建立在衛星軌道動力學的基礎之上，通過對軌道外推、姿態精化和測試角糾正等方法實現外推。但這種方法不僅需要已知完備的軌道參數，而且由于衛星在空中運行中受攝動影響較為復雜，不利于普及與實際應用。因此基于SPOT-5衛星影像，參照傳統空三區域網平差的原理，提出基于少量地面控制點和相鄰SPOT-5 HRS立體像對間公共連接點的外推對地定位方法，避開了衛星軌道動力學的復雜理論。

該方法的思路是：當多個相鄰(同軌或異軌)的SPOT-5 HRS立體像對構成一個測區時，與傳統空三類似，首先需要建立整個測區的連接，即在相鄰的SPOT-5 HRS立體像對的重疊區內量測連接點(如圖2所示)，通過這些立體像對間的連接點將整個測區內所有的HRS立體像對連接成一個整體。對于有控條件下的SPOT-5衛星影像，其定位采用無控定位模型附加像方仿射變換的方法進行精確定位。對于圖2所示的SPOT-5影像的外推定位過程，實際上就是利用少量地面控制點(位于部分SPOT-5 HRS立體像對中)求解測區內所有SPOT-5影像像方仿射變換參數的過程，式(2)。其計算過程見圖3。

圖2 SPOT 5影像測區的連接

式中，(xc，yc)為控制點在影像上的量測坐標;(xt，yt)為利用SPOT5無控定位模型將控制點投影到影像上的投影坐標。

按照上述方法，基于SPOT 5衛星影像進行了外推定位試驗。結果表明：最大外推距離508 km，控制點的位置、分布和數量對外推定位精度的影響不明顯，采用單個控制點外推定位即可滿足1∶5萬比例尺地形圖測繪的精度要求。采用這一方法，我們完成了國家西部1∶5萬比例尺地形圖空白區測圖工程中部分邊境地區的測圖任務。

圖3 SPOT 5測區的外推對地定位的計算流程

三、境外縱深地區

對于境外縱深地區1∶5萬比例尺地形圖測繪，人員不可能進入進行實地測量，也不能采用外推定位方法。目前，解決這一問題主要有兩種方案：一種是采用無控定位方法，若精度可靠，可直接進行測圖;另一種是獲取境外測圖區域已有相應比例尺或更大比例尺地形圖，選取已有地形圖和衛星影像相同的地面特征點，通過坐標轉換后，進行控制測圖。

第1種方案，首先需要對獲得的衛星遙感影像的定位絕對精度進行檢驗。若檢測定位精度可靠，則可直接進行控制測圖。但境外縱深地區人員無法進入進行實測檢驗，可行的檢驗方法尚需研究。

第2種方案，首先要對所獲得的已有地形圖的可靠性進行評估。若所獲得的地形圖精度可靠，選取已有地形圖和衛星影像相同的若干地面特征點，然后利用布爾莎模型進行轉換，即

將這些點的坐標換算至2000國家大地坐標系，檢驗用于測圖的衛星遙感影像的定位精度，并控制測圖(如圖4所示)。我們采用這一方法，基于我國天繪衛星影像，利用所獲得的已有1∶5萬地形圖，對中亞某地區進行了測圖試驗。結果表明，基本可以滿足1∶5萬比例尺地形圖測圖要求。

圖4 基于獲得境外縱深地區地形圖資料的作業方法

以上依據工作實踐，對3類特殊地區1∶5萬比例尺地形圖測繪中控制基礎的確立問題，進行了初步的歸納和探討，所得結論僅供參考。相關問題仍需作進一步探討和驗證。