基于GPS技術的遙感測繪方法在土地測繪中的實踐

楊　春（湖南省國土資源規劃院，湖南　長沙　410000）

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基于GPS技術的遙感測繪方法在土地測繪中的實踐

楊春（湖南省國土資源規劃院，湖南長沙410000）

本文主要結合筆者多年工作經驗，闡述了在土地測繪工作中運用基于GPS技術的遙感測繪方法相關內容，希望能夠為同行參考和借鑒。

GPS；遙感；測繪；土地；地形圖

引言

近年來，隨著土地測繪技術的不斷發展，運用遙感測繪方法進行地圖測繪已經變得非常普遍，具有定位精度高、速度快和范圍廣等特點。但是土地測量中遙感技術的運用必須要運用GPS技術輔助完成。隨著GPS技術的不斷發展和運用，對土地測繪工作起到了很大的幫助作用。在土地測繪中，運用基于GPS技術的遙感測繪方法可以充分的選擇各自的技術優點，保證土地測繪工作高精度和高效率的完成。

1　GPS與RS

全球定位系統（GPS，Global Position System）就是利用人造地球衛星進行點位測量的定位、導航技術，英文也稱為Navigation Satellite Timing and Ranging導航衛星測時和測距，由美國軍方組織研制建立，從1973年開始實施，到90年代初完成。是主要特點全天候、全球覆蓋、三維定速定時高精度、快速省時高效率以及應用廣泛多功能。

遙感（RS）就是從不同的角度、不同的高度探測地面目標的特性，從目標上可以分為陸地資源遙感、海洋遙感和氣象遙感，包括地面、海洋、大氣等，主要是對地面觀測。從高度上講有航空遙感和衛星遙感，航空遙感的高度一般在3000～5000m之間，衛星遙感一般從500～900km。按遙感的物理波段來分的話，又可以分為可見光遙感、紅外遙感和微波遙感。遙感（Remote Sensing）在不直接接觸的情況下，利用遙感器對目標或自然現象遠距離探測和感知的一種技術，它根據不同物體對波譜產生不同響應的原理，識別地面上各類地物。遙感最主要的特點是覆蓋范圍寬、頻率快以及信息量大。

2　基于GPS技術的遙感測繪

2.1GPS輔助空中三角測量

遙感中的目標定位一直都依賴于地面控制點，如果要實現實時無地面控制的遙感目標定位，則需要通過GPS記錄遙感影像瞬間的方位元素。GPS與RS的集成技術主要是利用GPS的精確定位功能為RS影像提供實時處理與快速編碼，實現快速準確地測量坐標。目前GPS動態相位差分已用于航空/航天攝影測量進行無地面空中三角測量，并用于生產，從而大大提高工作效率和精度。

2.1.1航空測量

航空攝影測量也稱為空中三角測量，利用像片內在的幾何特性，在室內加密控制點的方法。即利用連續攝取的具有一定重疊的航攝像片，依據少量野外控制點，以攝影測量方法建立同實地相應的航線模型或區域網模型，從而獲取加密點的平面坐標和高程。主要用于測地形圖。工作可分為兩大主要部分：①數據采集，包括轉點、像點坐標或模型點坐標量測、坐標規化和預改正。②數據處理，一般為區域網平差，平差過程中要引入非攝影測量信息，主要是地面控制點坐標，使空中三角測量網納入規定的坐標系，同時對像片系統誤差進行有效地改正。空中三角測量分為利用光學機械實現的模擬法和利用電子計算機實現的解析法兩類。模擬法依靠人工選點、轉點和在航測儀器上人工量測獲得像點像片坐標或模型坐標；解析法則根據像片上的像點坐標同地面點坐標的解析關系構成攝影測量網的空中三角測量。建立攝影測量網和平差計算等工作都由計算機來完成。人工因素正是阻礙攝影測量向數字化、自動化和實時化發展的難點之一。隨著GPS輔助空中三角測量和自動空中三角測量的成功研制，加上自動粗差探測技術，我們已在解析空中三角測量走向全自動化方面奠定了堅實基礎。另一方面，通過GPS輔助空中三角測量和全數字化自動攝影測量的集成，已可使外業控制到內業加密、快速獲取地面DEM、數字正射影像與數字線劃圖的過程更加高效。

2.1.2GPS輔助空中三角測量

是指利用機載GPS接收機與地面基準點的GPS接收機同時、快速、連續地記錄相同的GPS衛星信號，通過相對定位技術的離線數據后處理獲取攝影機曝光時刻攝站的高精度三維坐標，將其作為區域網平差中的附加非攝影測量觀測值，以空中控制取代或減少地面控制，經采用統一的數學模型和算法，整體確定點位并對其質量進行評定的理論、技術和方法。

采用多片影像匹配自動轉點技術取代常規航測中像點坐標的人工量測，由GPS動態差分技術獲取GPS攝站坐標，以空中控制取代或減少地面控制，即可使解析空中三角測量實現全自動化。GPS輔助的全自動空中三角測量作業流程為：

（1）利用機載GPS接收機與地面參考點的GPS接收機同時、快速、連續地記錄相同的GPS衛星信號，同時在機載GPS接收機記錄數據中加入攝影瞬間的時標信號。

（2）利用后處理軟件進行離線數據后處理，內插獲得攝影瞬間GPS天線相位中心的三維坐標。

（3）利用自動空中三角測量中的多片影像匹配自動轉點技術，對數字化后的影像進行整體影像匹配，獲得較常規數量多、精度高、可靠性好的模型連接點的像片坐標。

（4）由上所得的GPS攝站坐標、連接點像片坐標，外加攝影機數據，必要時加入少量地面控制，進行攝影測量與非攝影測量觀測值的聯合平差，求解加密點坐標（物方坐標系）或像片定向參數。

2.2對土地觀測的直接定位

GPS在遙感調查中的應用主要有兩個方面：

（1）在遙感圖像上識別出橋梁、河流匯合處以及村莊這些能作為地面控制點的地物，然后到實地，利用GPS確定每一控制點的實際位置（經緯度等），進而對圖像進行幾何糾正和投影變換；

（2）對圖像上的樣本像元，根據它們的空間坐標，利用GPS進行實地定位，確定樣本像元對應的地面類型，并用于分類。

3　案例分析

3.1測區概況

某測區1：500測圖項目距離縣城約40km，交通方便，環境優美。

3.2準備工作

資料準備可供利用的多種比例尺地形圖衛星遙感影像、航測像片、航道圖、1：1萬地形圖、1：5萬地形圖、最新交通圖和行政區劃圖等。現場踏勘，掌握測區范圍內的控制點的分布、狀況和環境條件等情況。根據本階段測量工作的工期要求，對要使用的測量儀器設備提前作好法定的鑒定工作。要使用的測量儀器設備提前到位，按規定進行作業前檢校。

3.3地形測量

3.3.1首級控制測量

（1）平面首級控制測量

本工程首級控制測量采用GPS測量，等級為D級，困難地區布設一級導線點。利用搜集到的高等級的國家控制點作為本工程GPS網的起算依據。測區內標石規格為頂部 （12× 12）cm、底部（20×20）cm、高60cm，中間嵌入控制測量標志；也可選用在固定巖石、高層建筑物上現場澆灌等方法，并按規定進行整飾，并繪制GPS點點之記。采用邊連式布網形式以靜態定位的方式進行觀測，網中不存在自由基線。每時段觀測時間平均為60min，困難地區可以適當延長。解算的基線進行同步環檢驗、異步環檢驗及復測基線檢驗，合格后方可進行平差。基線解算及網平差均使用泰雷茲導航定位公司的“Ashtech Solutions2.60”軟件。GPS網最弱點位中誤差不大于5cm，最弱邊的相對中誤差不大于1/40000。使用ASHTECH型靜態GPS接收機4臺及其配套設施，儀器在使用前必須進行常規檢測。對中、整平、量測天線高，測出信號、測段數以及天線高的輸入等均嚴格按規范進行。

（2）高程控制測量

本工程以四等水準作為測區高程控制，以國家三等以上水準點作為高程起算點。本工程水準點與導線點共用同一標石，全部GPS點均應施測四等水準，少數困難GPS點可采用擬合四等高程。四等水準觀測使用DSZ2水準儀配合雙面木質水準標尺，采用后-后-前-前的觀測方法測定；記錄采用PC-E500計算機，對觀測中規范規定的各項限差事先輸入計算機，由計算機自動控制。觀測前、后對所用儀器、標尺應進行檢查。外業數據經全部檢查無誤后，采用武漢測繪科技大學編制的《現代測量控制數據處理軟件包－科傻系統》在微機上進行平差計算，平差后精度應滿足各種規范要求。

3.3.2加密控制測量

在首級控制布設的GPS網下，采用光電測距導線和光電測距三角高程法布設長度不大于5km的附合導線。導線主要技術要求如表1。

表1　導線主要技術要求

3.3.3地形圖地形測量

地形測量的范圍由設計方確定。圖根控制采用全站儀極坐標法布設，儀器自動記錄數據。地形測繪可采用全站儀數字化測圖、GPSRTK測量等方法，成圖軟件為南方CASS7.1成圖軟件。地形測量的主要技術要求如下：地形點間距為50m，最大視距長度為700m，等高距為0.5m。

4　結語

綜上所述，在土地測繪工作中，GPS和RS技術已經廣泛的運用在測量工作中，有效的提高了測量精度和效率。為了進一步提高測量精度和避免測量工作中的問題，將GPS與RS技術進行集成。在遙感技術運用中，運用GPS技術的輔助，大大提高工作效率和精度。

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［2］徐永麗，張國峰.淺談GPS技術在高等級公路控制測量中的應用［J］.黑龍江科技信息，2003（01）：21～22.

［3］杜保倫，張明福，史先良.GPS在土地測繪中的應用與開發［J］.價值工程，2010（04）：53～54.

楊 春（1978-），男，工程師，本科，主要從事國土資源管理技術服務工作。

P228.4

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2095-2066（2016）13-0078-02

2016-3-20