像控布點在320國道(龍陵
—蒲縹)段航測項目中的應用

張青海（中國建筑材料工業地質勘查中心云南總隊，云南 昆明 650118）

像控布點在320國道(龍陵
—蒲縹)段航測項目中的應用

張青海
（中國建筑材料工業地質勘查中心云南總隊，云南 昆明 650118）

【摘 要】針對我國現階段無人機數碼航測技術發展水平及實際需求情況，結合云南省“十二五規劃”，越來越多領域都利用無人機低空數碼航測進行地理空間數據快速采集。該技術在公路設計、資源調查、土地利用、城市規劃、國土普查、荒漠化監測等方面都起著極其重要作用。本文對使用無人機低空數碼航測像控布點的作業方法、流程、人員及設備配置、測區像控點的起算及精度要求、質量控制等方面進行了介紹。并結合幾年來的實際生產經驗，總結出一套在保證成圖精度的情況下減少外業工作量、降低生產成本、縮短生產周期的像控布點方案。

【關鍵詞】像控點布設；像控點采集；人員及設備配置；質量控制

320國道(龍陵—蒲縹)段二級公路改造航測項目位于云貴高原西部，全長100km、帶寬400m。測區地形復雜多變，區域高差較大(最大高差達1 500m)，樹林茂密，交通不便。以上特點給像控作業增加了較大的難度。特別是區域內2/3的茂密森林給像控點的選取帶來了極大的困難。經過實地進行勘察，采取先實地進行人工布設特征點并同時采集數據再航飛，待航飛結束之后再選取特征點的方法進行像控點的采集。

1　技術依據及相關作業要求

1.1 技術依據

GB/T 18314-2009《全球定位系統(GPS)測量規范》[1]；GB/T 12898-2009《國家三、四等水準測量規范》[2]；GB/T 7931-2008《1∶500、1∶1000、1∶2000地形圖航空攝影測量外業規范》[3]。

1.2 測區像控點的起算及精度要求

各等級的三角點、導線點、GPS點等均可作為像控點的起算點,根據測區的情況選用已知控制點(C、D級GPS點)起算，必須使用D級以上GPS點作起算，要求核對點與原成果的較差應優于5cm。

1.3 坐標系統

本次測量坐標為1980西安坐標系，3度帶投影，中央子午線為99°，高程為1985國家高程基準。

1.4 加密控制網測量要求

如果測區內控制點的分布情況滿足不了RTK測量要求,可以在已有控制點的基礎上加密控制點(注：控制點精度D級以上)，需采用靜態測量方式，具體要求如下：

GPS網基本技術規定[1]：①衛星高度角≥15°；②有效觀測衛星數≥4；③時段中任一衛星有效觀測時間≥15min；④平均重復設站數：≥1.6；⑤時段長度：≥45min；⑥數據采樣間隔15s；⑦點位幾何圖形強度因子(PDOP)<6。

1.5 人員及設備配置

根據測區工作量和作業工期，本項目的像控作業任務配備一個作業組共4人。其中作業組長一名，作業員兩名，駕駛員一名。作業設備(RTK)3套，相機一臺，皮卡車一輛。

2　像控點布設

2.1 布設方式及優缺點

無人機低空數字攝影具有相片多、像幅小的特點，在像控點的布設中可采取以下兩種方式：

(1) 航飛行后根據影像中的特征點到實地采集像控點。這種方法可以更加有效的選擇比較明顯、有特點的地物作為像控點；可以節省一定的工期和成本。同時也存在許多不足，如在樹林比較茂密、沒有明顯特征點可選取的地區，這種方法就不能滿足像控點的獲取要求。

(2) 在航飛前先到實地布設并采集部分特征點，航飛后再根據影像中的特征點到實地完成像控點的采集。此方法主要適用于人類活動少，樹林比較茂密，沒有較明顯的特征點可以選取的地區。以往這種布點方式的嘗試，均取得了不錯的效果。這種方法最大的優點在于能有效地避免在沒有較明顯特征點可以選取的地區找不到特征點的問題。此方法可以通過Google Earth和相關航飛軟件進行模擬飛行，得出相應的模擬數據，然后根據模擬數據在Google Earth上進行像控點布設位置的初步選定，見圖1。

圖1　像控點布設影像示意圖

通過Google Earth能清晰的辨認出測區哪些區域需要在航飛前人工布設像控點。而且可以有效避免布點時因為主觀判斷的盲目性導致所布設的點位不合理，從而更好地提高工作效率。

2.2 外業布設及測量要求

(1) 像控點布設在航向旁向重疊范圍內，盡量達到公用，當像控點不能達到公用時則分別布點。

(2) 左右相鄰區域控制網間公用點的點位盡量布設在通過相片主點且垂直于方位線的直線左右不超過1.5cm的范圍內[4]。

(3) 上下相鄰區域控制網公用點的點位布設在旁向重疊中線附近，離開方位線不小于5cm，因旁向重疊度過大不能滿足要求時分別布點。

(4) 像控點距相片邊緣不小于1.5cm[5]。

(5) 像控點應選擇在影像清晰的地物點、地物拐角點、接近正交的地線狀地物交匯點或固定的點狀地物上。

(6) 像控點在相鄰的相片上均清晰可見[6]。

由于本項目為帶狀，為了更好的控制精度，采取密周邊法和每隔一條航線、5條基線采集一個平高點，見圖2。

在高等級控制點和加密點的基礎上，用RTK測量模式測量像控點坐標。基準站架設在測區(兩個D級以上點)中央或最高處，以保證數據鏈的無遮擋傳輸；在進行轉換參數的求取時，已知控制點的個數＞3，并且轉換參數的殘差值＜0.03m，然后利用專用對中桿進行像控點的測量；施測前檢測原有高等級或同等級控制點是否與原成果一致以作檢核(平面≤5cm，高程≤10cm)，其目的是更好的保證像控點的點位精度；駕車到目的地測量的要求下車等待3～5min待儀器顯示固定之后才能采點。設置平滑采集(設置采集10次以上)，每個像控點需要測量3次，間隔2min，保持桿直立。有條件的可以使用對中桿穩定，確保采點的準確，取3個數的平均值作為記錄坐標。

2.3 像控點精度統計分析

檢驗像控點精度的通常做法有兩種：①先取網中的一個像控點對GPS進行無約束平差，然后引入其他像控點進行約束平差，通過比較GPS網無約束平差與約束平差的精度來判斷像控點的可靠性[3]；②在像控點采集時同時采集所有的首級控制點的坐標，把所采集的坐標(除設站時用來檢驗的點)與已知坐標相比較的方法來判斷像控點的可靠性。在本項目中采取第二種方法。根據像控點采集時所采集的首級控制點坐標與已知坐標相比較，平面位置誤差和高程誤差均≤0.5m，困難地區可放寬一倍。滿足了測量精度要求，為后續遙感圖像數字糾正提供了可靠的精度保證。

2.4 質量控制

(1) 杜絕各類測繪質量事故，最大限度地減少因測繪錯誤引起的重測或返工，像控點選點及采集質量優良率≥95%。

(2) 建立完善的質量控制體系。根據我單位以往工程經驗，并結合本項目特點，建立一整套完善的質量控制體系，監理項目總工為測量質量管理第一責任人、各作業組和作業員分頭負責的工作機制。

(3) 作業人員的培訓。所有作業人員應是經過專業培訓，作業工作實施過程中根據工作的需要，項目部對參與作業人員進行定期和不定期的技術培訓，提高技術水平，滿足測量工作的要求。

圖2　像控點布設展點示意圖

(4) 儀器設備的控制和管理。本工程計劃配置的儀器應滿足測量工作的要求，儀器設備在使用前都要送國家技術監督局認可的檢定單位進行檢定，檢定的各項指標都滿足要求才能使用，以后按照有關規定定期送檢，經常對測量儀器設備進行維護保養，保持良好狀態，建立儀器使用情況臺帳。

(5) 建立完善檢查制度。日常作業過程中，要嚴格執行“三查制”即：①自查：作業組長在每次作

業完成后立即對本組的作業任務進行自查，自查中如發現問題立即叫作業員進行修正，直到全部合格，并填好自查記錄；②互查：作業組之間的工作任務進行交叉檢查，發現不合格項立即改正至合格；③終查：由測量技術負責人或院質檢部定期對像控點成果進行檢查，發現問題及時改正。

3　材料說明記錄及注意事項

3.1 材料說明

(1) 像控點坐標文件：提供像控點的經緯度坐標文件，反應的是點位大致的位置，方便找到與之對應的像控點航片所在位置。

(2) 像控點分布簡圖：按照字頭為北方向，顯示點位的分布圖。

(3) 像控點航片：航片名稱為記錄點名稱，如：航片“IMG_0357-- LL104”則像控點記錄點名為“LL104”。

(4) 像控點記錄表：記錄內容包括測量日期、坐標系統、儀器名稱、天氣情況、地點、序號、點名、坐標X、坐標Y、高程H，平面坐標和高程均保留三位有效小數。備注需要說明測量點位的具體位置。

(5) 實地照片：在準確找到需要測量的像控點，要求拍兩張測量時刻的采點照片，一張為近景一張為遠景，要求近景照片上反映出測量點具體位置，遠景照片上反映出測量點位周圍大致情況，見圖3、圖4。

3.2 注意事項

(1) 要避免距離高壓線、雷達站等其他會干擾RTK作業過于近的地物角。最重要也最主要的是高壓線一般要距離高壓線外線垂直投影10～20m以外。

(2) 所有像控點為房屋角或石頭的均測量頂部，反映坐標的高程和平面坐標均為頂部的。

(3) 如果所選擇的像控點由于實地破壞或變化而無法采集，需要在被破壞點周圍選取符合采集要求的其他點位，在航片上用藍色箭頭做標記。則點記錄名在原點名后加“G”，如“LL104”變更為“LL104G”，實地照片和備注說明與前面說明一樣。

圖3　外業打點近景圖

圖4　外業打點遠景圖

(4) 像控點的采集過程中移動站儀器高設置請切記：若采集地面上比較矮的地物角時把儀器放置在點上方，儀器高輸入當前刻度量取方式選擇桿高；若采集的是平頂房屋，則儀器高輸為0.001量取方式選擇桿高，軟件內部會進行自動高度改正；如果采集起伏狀的石棉瓦類的房角則輸入0.03量取方式選擇桿高；其他地物則根據情況進行高度改正。

4　結語

320國道(龍陵—蒲縹)段二級公路改造項目中所采用的在航飛前先到實地布設并采集部分特征點，航飛后再根據影像中的特征點到實地完成像控點的采集的方法，能充分、高效、準確布控，提高作業精度。同時這種方法可以有效避免樹林茂密區域找不到有效特征點的尷尬，導致區域網內像控點缺失，從而影響整個測區的控制網精度。采用這種方法也能更好地提高工作效率、控制作業成本。

【參考文獻】

[1]國家測繪局.GB/T18314-2009 全球定位系統(GPS)測量規范[S].北京:中國標準出版社,2009.

[2]國家測繪局.GB/T12898-2009 國家三、四等水準測量規范[S].北京:中國標準出版社,2009.

[3]國家測繪局.GB/T7931-2008 1∶500、1∶1000、1∶2000地形圖航空攝影測量外業規范[S].北京:中國標準出版社,2008.

[4]張祖勛,張劍消.數字攝影測量學[M].武漢:武漢測繪科技大學出版社,2002.

[5]李德仁,王樹根,周月琴.攝影測量與遙感概論[M].北京:測繪出版社,2008.

[6]國家測繪局.CH/Z 3004-2010 低空數字航空攝影測量外業規范[S].北京:中國標準出版社,2010.

【其 他】

【收稿日期】2014-08-01

【文章編號】1007-9386(2015)01-0058-03

【文獻標識碼】A

【中圖分類號】P228.4