集無人機影像、RTK（單基站CORS）及全站儀在小范圍大比例尺數字測圖中的應用探究

屈帥+杜鵬+邱炎+包丹丹

摘 要 根據大比例尺測繪的特點，結合無人機影像、RTK（單基站CORS）和全站儀的優勢，提出了一種三者聯合進行大比例尺測繪的新方法。結果表明該測繪模式能夠在保證測繪精度的前提下極大的縮短作業流程，極大的降低外業測繪強度提高工作效率，在實際操作中其高效性與實用性得到印證。

關鍵詞 CORS；全站儀；無人機影像

中圖分類號 TP2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）166-0081-02

信息化為經濟飛速發展提供強有力的保障，城市建設的信息化離不開地理基礎數據的獲取，特別是大比例尺地理數據的獲取，大比例尺地圖在城市規劃、建設、交通、管理、社會與公眾服務以及可持續發展研究等眾多領域的作用日益重要[1]。對于如何快速、有效、高質量的獲取大比例尺地形圖研究對我國城市建設顯得尤為重要。

1 RTK（單基站CORS系統） 及無人機技術特點

單基站CORS系統是基于單個運行基準站的定位技術，與GPS RKT系統的定位原理是相同的。但CORS系統利用網絡移動通訊方式，保證了差分信號的完整性和有效傳輸性，其在測量的有效距離相對于傳統RTK測量得到大幅度提升，單基站CORS系統持續不間斷運行，無需額外架設基站，僅需一個流動站設備即可進行測量，極大的降低了人力成本提高生產效率。不過單基站CORS系統計算差分改正信息僅靠單一基站，其測量的有效范圍不宜過大（一般30km左右），不過其完全滿足中小區域測繪工作的需要[2]。

無人機低空遙感技術是航空遙感領域一個新的發展方向，具有低成本、快捷、靈活機動，以及數據高時效、高分辨率等特點[3]，并已逐步應用于大比例尺地圖航空攝影測量領域，憑借自身的技術優勢，可快速、高效獲取高精度、高分辨率的低空影像數據，成為傳統航空攝影測量的有效補充手段[4]。

2 實例應用分析

2.1 測區概況

測區位于天津市西青區天津師范大學校園，測區東西長1.2km，南北長約1km，測區范圍大概1.2km2，地勢平坦，建筑物相對密集。

2.2 單基站CORS系統和無人機影像的精度檢驗

單基站CORS系統的精度檢驗采用靜態已知點檢驗法、反算基線長法。已知點檢驗法其檢驗結果如下：該系統實時動態定位內符合精度水平方向整體優于2cm，高程方向優于4cm，均高于設計精度；外符合精度水平方向整體優于3cm，高程方向優于5cm，也都優于系統的設計精度，說明了該CORS系統實時動態定位穩定可靠。反算基線長兩者的差值反映了該CORS系統的實時定位精度符合規范要求。無人機的精度檢驗利用RTK測量測區內的12個特征點檢驗無人機精度，檢核點的X方向上的誤差均方差為0.344，Y方向上的誤差均方差為0.062，點位誤差的均方差為0.071，點位的最大誤差為0.111，可滿足1：2000地形圖測繪的要求。

2.3 測量地物分類

《城市測量規范》要求測繪內容應包括測量控制點、水系、居民地及設施、交通、管線、境界與政區、地貌、植被與土質等要素。可將地物分成3類：1）全站儀測繪：其優點為不受信號影像、測繪形式靈活、與CASS交互性好。缺點為耗費人力多、有誤差積累、易受人為因素影響[5]。所以利用全站儀來測量居民地建筑物；2）RTK（單基站CORS）：其優點為精度高、無誤差積累、操作方便、節約人力。其缺點為易受信號制約、測繪方式不靈活。所以利用其來測量圖根控制點、交通、道路附屬設施、水系等；3）無人機影像優點為低成本、快捷、靈活機動、數據高時效、高分辨率。其缺點為精度受控制點精度的影響、地物的判讀易受人為因素影響所以利用其來測量植被等信息。除了以上的測量方式的分類部分情況還需要兩兩聯合觀測，全站儀與單基站CORS系統結合測量，網絡RTK與影像聯合測量方式。

2.4 碎步測量

測區內建筑物分布密集，其信號受建筑物的遮擋，RTK無法觀測其輪廓。在無人機影像中發現影像中的建筑物與實際測繪的建筑物邊界會有偏差，故不能使用影像對建筑物進行繪圖，對于建筑物的測量應利用全站儀進行，因RTK（單基站CORS）測量精度達到布設圖根控制點的要求，所以可以在建筑物附近開闊地帶利用其測量圖根控制點，圖根點之間的間距盡量大于此站全站儀測量建筑物的最遠距離；測區內的交通附屬設施例如地漏、下水井蓋，獨立、固定的大型宣傳櫥窗和廣告牌，這些地物所處位置比較開闊信號好，地物分散，不適合使用全站儀觀測。在無人機影像中地漏和下水井蓋難以和人的影像區分開，所以這里選擇RTK對這些地物進行測量。在利用RTK測量時地物點的命名采用地物類型的首字母縮寫加序號的方式以便于內業成圖時區分；測區內的道路采用RTK獲取，采集時注意采集道路的特征點，例如拐點、起點、終點等；測區內地勢平坦，且多為建筑物無需繪制等高線，繪制高程點便可，測區內的高程點采用RTK測量獲取，根據1：2000比例尺測圖的要求高程點盡量均勻分布，高程點間距大約30m；根據上文中對無人機影像的精度檢驗可知，無人機影像的精度為滿足1：2000測圖的要求，可用于繪制平面二維地物，植被可用無人機影像直接繪制，植被的類型可根據影像直接讀取，如植被類型難以判讀則需要去實地考察。

2.5 數據處理

1：2 000地形圖成圖按照《GBT 20257.1—2007 國家基本比例尺地圖圖式》繪制。

1）繪制坐標格網。設置參數，按照比例尺要求設置好參數，使用相應的工具繪制圖廓；數據文件輸入。

2）處理全站儀數據時將其數據x、y坐標對換位置，將數據通過“繪圖處理”、“展野外點點號”導入到CASS7.0中。

3）地表實物的繪制。首先繪制邊界點、公路、湖泊、高山等，勾勒草圖的大致形狀，然后繪高大建筑物、標志性地物、植被、河流等。由于圖式符號均按圖層劃分，因此不能更改圖層名稱和屬性；高程點展繪。在這里繪制的過程中按照3.4中的測量地物分類進行繪制。

4）點擊“展高程點”，選擇坐標數據文件，展出高程點。

5）測繪工作完成后，又對此次測圖的的地物、地貌點與圖根控制點進行了聯測，采集的數據與圖原數據相比較90%以上都符合限差要求。有部分地物、地貌有明顯錯誤重新測量直到達到要求為止。

3 結論

傳統全站儀測繪與單基站CORS系統、無人機影像聯合測繪，實現了3種測繪方式的優勢互補。RTK（單基站CORS系統）可直接布設圖根控制點，大大提高了測繪效率，在地物密集、信號較差的區塊采用全站儀測繪；單基站CORS系統測圖可用于信號好、地物分散以及布設圖根控制點等；在無人機影像上繪制可準確辨別的地物例如草地的范圍、內部道路、其他居民地設施；3種測繪方式的聯合大大提高了測圖精度和工作效率，此方法還可以快速實現測區內地物的更新，此方法可為快速實現大比例尺城市測圖提供借鑒。

參考文獻

[1]劉玉潔，崔鐵軍，郭繼發，等.無人機航攝大比例尺測圖的關鍵技術分析[J].天津師范大學學報：自然科學版，2014，34（2）：37-40..

[2]陳明華，吳遇文.單基站CORS系統在中小區域測繪中的應用探討[J].測繪，2011，34（3）：131-133..

[3]陳杰，童小華，劉向鋒，等.黑河流域中游無人機遙感影像數據處理[J].地理信息世界，2014，21（1）：63-67.

[4]薛永安，王曉麗，張明媚.無人機航攝系統快速測繪礦區大比例尺地形圖[J].測繪地理信息，2013，38（2）：46-48.

[5]孫斌，王飛，馬程帥.全站儀與GPS技術在數字化地形圖中的應用[J].河南水利與南水北調，2011（20）：59-61.

[6]胡曉斌.集全站儀和GPS（RTK）聯合在數字測圖中的應用[D].成都：電子科技大學，2012.