影像圖控制測(cè)量技術(shù)研究

楊國興++常成喜

摘 要：基于測(cè)區(qū)像控測(cè)量任務(wù)為背景，論文首先探討了將CORS技術(shù)應(yīng)用于像控測(cè)量的工作原理，進(jìn)而探討了具體的作業(yè)流程，包括前期的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、像控點(diǎn)的目標(biāo)選擇、像控點(diǎn)位置標(biāo)定和像控點(diǎn)的位置測(cè)量，內(nèi)業(yè)處理、像控測(cè)量誤差來源分析和像控測(cè)量的質(zhì)量保障措施等。結(jié)果表明，使用CORS不僅能達(dá)到像控點(diǎn)測(cè)量的精度要求，而且誤差分布均勻，測(cè)圖精度高，不存在誤差的積累。

關(guān)鍵詞：CORS 像控測(cè)量 誤差 質(zhì)量保證

中圖分類號(hào)：P204 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）09（a）-0045-03

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市面貌日新月異，土地利用現(xiàn)狀也隨之快速變化，各種城市發(fā)展決策、規(guī)劃管理需要依靠影像圖來提供更多、更直觀的城市空間信息。目前由于相片的采集成本越來越小，所以影像更新的速度也就越來越快；相應(yīng)地導(dǎo)致對(duì)相片的處理速度、精度和處理的面積的技術(shù)要求越來越高。某區(qū)通過獲取2008年10月以后最新的高精度衛(wèi)星遙感影像，經(jīng)過正射糾正、勻色、配準(zhǔn)、裁剪等處理手段完成1∶2 000DOM數(shù)據(jù)庫，而該文主要論述正射糾正作業(yè)過程中影像圖的控制測(cè)量（以下簡稱“像控測(cè)量”）任務(wù)。

該區(qū)位于宜昌某河網(wǎng)地帶，測(cè)區(qū)內(nèi)包括建成區(qū)、村莊、河流、湖泊、林地、島嶼等多種地形，在市區(qū)內(nèi)建筑物較多，周圍則以河流、樹林、山地為主，交通不便、地形復(fù)雜，通視條件較差，常規(guī)的分級(jí)控制測(cè)量方法基本難以在既定的工期內(nèi)完成任務(wù)。

1 CORS應(yīng)用于像控測(cè)量的工作原理

像控測(cè)量是指根據(jù)相片在內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)布點(diǎn)方案并選定能在實(shí)地觀測(cè)的地物特征點(diǎn)，在實(shí)地根據(jù)劃定影像的灰度和形狀確定像控點(diǎn)的位置，外業(yè)實(shí)測(cè)求解該點(diǎn)三維坐標(biāo)的過程，該項(xiàng)目則是引入湖北CORS中網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量方法，實(shí)時(shí)獲得像控點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而提高作業(yè)質(zhì)量和效率。

湖北CORS用于像控測(cè)量的動(dòng)態(tài)模式為網(wǎng)絡(luò)RTK模式，該模式可直接獲得觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，方便快捷，精度可靠。目前主要適用于低等級(jí)控制網(wǎng)和精度要求不高的測(cè)量應(yīng)用，比如：四等以下的控制測(cè)量、圖根測(cè)量、海岸線測(cè)量、像控測(cè)量等。

2 作業(yè)流程

2.1 前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

為了實(shí)現(xiàn)GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)合平差與高程轉(zhuǎn)換，GPS網(wǎng)中必須有一定數(shù)量的已知三維地方坐標(biāo)和GPS坐標(biāo)控制點(diǎn)，其實(shí)際數(shù)量一般不低于3～4個(gè)（該項(xiàng)目采用了7個(gè)控制點(diǎn)），且要求分布均勻。如果控制點(diǎn)沒有高程，可從附近高精度水準(zhǔn)點(diǎn)引測(cè)。此外，為了更進(jìn)一步地驗(yàn)證平差結(jié)果，還要求有一定數(shù)量的已知點(diǎn)作為驗(yàn)證點(diǎn)。根據(jù)測(cè)區(qū)交通和地理環(huán)境信息，精心安排同步觀測(cè)計(jì)劃，既要保證設(shè)計(jì)的線路能夠順利在實(shí)地標(biāo)出，又要考慮所選像控點(diǎn)在實(shí)地?zé)o法觀測(cè)等情況，做好在附近找點(diǎn)的準(zhǔn)備，更要考慮如何省時(shí)高效地完成觀測(cè)任務(wù)。

2.2 像控點(diǎn)測(cè)量

根據(jù)獲取的影像圖，該區(qū)覆蓋了3個(gè)條帶的QuickBird 影像，共9景數(shù)據(jù)需要做正射糾正，而正射糾正采用的像控點(diǎn)必須滿足兩個(gè)基本條件：一是像控點(diǎn)必須分布均勻，二是每景像控點(diǎn)個(gè)數(shù)必須滿足微分多項(xiàng)式，根據(jù)該區(qū)的地形地貌特點(diǎn)該方案初步設(shè)計(jì)對(duì)于山區(qū)地段采用4次多項(xiàng)式、平原地區(qū)采用2次多項(xiàng)式來做正射糾正，用4次多項(xiàng)式需要的控制點(diǎn)個(gè)數(shù)為15個(gè)以上，二次多項(xiàng)式需要的控制點(diǎn)個(gè)數(shù)為10個(gè)，為滿足不同條帶接邊限差，故不同條帶接邊處必須共用相同的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)（和相鄰景接邊處一般為3～4個(gè)），因此該項(xiàng)目測(cè)區(qū)均勻分布共約80個(gè)點(diǎn)作為正射糾正的基礎(chǔ)控制點(diǎn)，分布如圖1所示。

2.2.1 像控點(diǎn)的目標(biāo)選擇

像控點(diǎn)的目標(biāo)選擇是GPS像控測(cè)量中一個(gè)關(guān)鍵問題，內(nèi)業(yè)選點(diǎn)必須要考慮幾個(gè)方面：（1）像控點(diǎn)具有容易識(shí)別的特征，能在實(shí)地、影像圖上均都能明確辨認(rèn)。（2）像控點(diǎn)應(yīng)該具有相對(duì)永久固定的特征，不容易隨著城市建設(shè)頻繁變化。（3）像控點(diǎn)較理想的目標(biāo)是近于直角而且又近于水平的線狀地物的交點(diǎn)和地物拐角上，如，道路交叉點(diǎn)、拐角點(diǎn)、圍墻或平臺(tái)的拐角點(diǎn)等。（4）像控點(diǎn)應(yīng)盡量避免選擇高電區(qū)、高建筑物區(qū)等帶有信號(hào)干擾、信號(hào)盲區(qū)的地方。（5）像控點(diǎn)附近交通應(yīng)較為理想。

2.2.2 像控點(diǎn)的位置標(biāo)定

由于像控點(diǎn)坐標(biāo)誤差的影響使相片邊緣產(chǎn)生的像點(diǎn)位移和影像變形比中心部分要嚴(yán)重。為了提高外業(yè)判讀刺點(diǎn)和內(nèi)業(yè)點(diǎn)位的量測(cè)精度，相片所選像控點(diǎn)的位置距相片邊緣要大于1～1.5 cm。像控點(diǎn)選定之后，相片上要準(zhǔn)確標(biāo)示出它的位置。最常用的方法是用細(xì)針在像控點(diǎn)的影像上刺一小孔，小孔中心表示該點(diǎn)在相片的精確位置，刺孔不得超過 0.1 mm。刺點(diǎn)時(shí)要將相片影像與地物形狀仔細(xì)對(duì)照辨認(rèn)，點(diǎn)位刺出后，要實(shí)地檢查核對(duì)并做點(diǎn)之記。該點(diǎn)之記與控制點(diǎn)的點(diǎn)之記不同，主要是為了便于內(nèi)業(yè)人員判點(diǎn)。記錄中要包括點(diǎn)號(hào)、刺點(diǎn)位置文字說明，文字字頭朝北，可充分利用代碼記錄更多信息。在內(nèi)業(yè)工作中可以將這些現(xiàn)場(chǎng)的草圖描繪用AutoCAD進(jìn)行整飾與保存。

2.2.3 像控點(diǎn)的位置測(cè)量

（1）設(shè)備準(zhǔn)備與設(shè)置，采用網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)，在該項(xiàng)目只需要準(zhǔn)備2.2中所描述的用戶設(shè)備，即RTK接收機(jī)、接收天線、電源、手簿、通訊模塊（GPRS接入設(shè)備）即可，連接好設(shè)備后通過GPRS方式撥號(hào)接入系統(tǒng)，用湖北省國土局提供的 湖北CORS賬號(hào)登錄湖北CORS系統(tǒng)，并進(jìn)行簡單的網(wǎng)絡(luò)、解算方式等設(shè)置，即可接入湖北CORS系統(tǒng)。

（2）野外點(diǎn)校正，像控測(cè)量中網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)測(cè)的坐標(biāo)為 WGS-84大地坐標(biāo)系坐標(biāo)。因此，我們必須通過觀測(cè)已知點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)來求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。在靜態(tài)測(cè)量中，可通過與地方坐標(biāo)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，并使用后處理軟件來求取WGS-84坐標(biāo)與地方坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)而把GPS觀測(cè)的WGS-84坐標(biāo)成果轉(zhuǎn)換為用戶所需坐標(biāo)成果。

（3）觀測(cè)與記錄，在該項(xiàng)目中，像控點(diǎn)一般取100個(gè)歷元觀測(cè)值的平均值作為觀測(cè)結(jié)果，每個(gè)像控點(diǎn)觀測(cè)3次，并取平均值作為該點(diǎn)的觀測(cè)結(jié)果。每個(gè)像控點(diǎn)的觀測(cè)均要按照《實(shí)時(shí)定位觀測(cè)記錄表》記錄，并在點(diǎn)位上做好標(biāo)記，用數(shù)據(jù)相機(jī)拍照正面、遠(yuǎn)、近景等3張照片。

2.3 內(nèi)業(yè)處理

網(wǎng)絡(luò)RTK的另一個(gè)提高效率的表現(xiàn)在于內(nèi)外業(yè)一體化，相對(duì)于在外業(yè)過程中把內(nèi)業(yè)部分的計(jì)算（即數(shù)據(jù)后處理）工作已經(jīng)完成，因此，該項(xiàng)目的內(nèi)業(yè)工作主要有以下幾個(gè)內(nèi)容。

（1）觀測(cè)記錄的整理，觀測(cè)記錄的整理包括了觀測(cè)記錄的計(jì)算整理、像控點(diǎn)位置示意圖詳繪等，涉及到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后處理工作的需要將觀測(cè)原始坐標(biāo)文件按照固定的格式進(jìn)行簡單的編輯。（2）像控點(diǎn)平均值計(jì)算，如2.2.3所述，每個(gè)點(diǎn)觀測(cè)3次，所有單次初始化平均值求取平均值作為該點(diǎn)觀測(cè)成果。（3）坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換主要的兩種方式：一種是在手簿軟件中錄入轉(zhuǎn)換參數(shù)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換；另一種是外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)全部采用WGS84坐標(biāo)系，內(nèi)業(yè)后處理，采用計(jì)算機(jī)計(jì)算模式得出用戶所需的轉(zhuǎn)換參數(shù)以及對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系成果，兩種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方式的原理都是一致的，只是轉(zhuǎn)換程序的載體不同而已。（4）高程解算。高程解算主要是通過湖北CORS與湖北省似大地水準(zhǔn)面結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行的，即湖北CORS一般采用湖北省似大地水準(zhǔn)面成果作為高程求取方法。在進(jìn)行WGS84坐標(biāo)系下的約束平差之后得到控制點(diǎn)的大地坐標(biāo)，將此大地坐標(biāo)值內(nèi)插到湖北省似大地水準(zhǔn)面模型中解算控制點(diǎn)的正常高程。（5）已知點(diǎn)檢測(cè)精度統(tǒng)計(jì)見圖2。

有圖2可知，其中平面坐標(biāo)較差的最大值為3.3 cm，高程較差的最大值為4.0 cm，可以看出，湖北CORS測(cè)量精度成果具有較高精度，完全滿足像控測(cè)量中0.05～1.0 m的精度要求。

2.4 像控測(cè)量的誤差來源

根據(jù)像控測(cè)量的作業(yè)流程，像控測(cè)量的誤差來源主要有3個(gè)方面：（1）選點(diǎn)誤差。主要來自于內(nèi)業(yè)人員對(duì)影像圖的判讀、圖上標(biāo)繪、刺點(diǎn)等所引起的誤差。（2）觀測(cè)誤差。主要有儀器對(duì)中誤差，觀測(cè)方法（觀測(cè)時(shí)長、觀測(cè)歷元數(shù)）引起的誤差。（3）湖北CORS本身存在誤差，包括：與衛(wèi)星有關(guān)、信號(hào)傳播有關(guān)、儀器設(shè)備有關(guān)的誤差。

2.5 像控測(cè)量的質(zhì)量保證措施

像控測(cè)量是一項(xiàng)大面積的測(cè)繪工作，質(zhì)量控制應(yīng)貫穿全過程作業(yè)中，以下是針對(duì)應(yīng)用湖北CORS作業(yè)模式下測(cè)量精度的檢驗(yàn)措施。

（1）已知點(diǎn)的檢測(cè)，在測(cè)區(qū)內(nèi)找到已有的控制點(diǎn)，我們可以用湖北CORS對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)及轉(zhuǎn)換參數(shù)的修正。

（2）像控點(diǎn)距離較遠(yuǎn)的可采用網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行點(diǎn)位重復(fù)測(cè)量精度檢查。

（3）對(duì)于較近的像控點(diǎn)可以用常規(guī)儀器（全站儀、水準(zhǔn)儀）進(jìn)行相對(duì)精度的檢查，包括兩點(diǎn)之間高差檢查、邊長檢查等。

3 網(wǎng)絡(luò)RTK相對(duì)于其他測(cè)量方法的優(yōu)勢(shì)

通過該項(xiàng)目的實(shí)施，結(jié)合湖北CORS建設(shè)理論知識(shí)，可以得到湖北CORS在像控測(cè)量中對(duì)比常規(guī)導(dǎo)線測(cè)量、靜態(tài)GPS測(cè)量、常規(guī)RTK測(cè)量都有著很大的差異，這種差異主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）具有跨行業(yè)特征，可面向不同類型的用戶，不再局限于測(cè)繪領(lǐng)域及設(shè)站單位。（2）可同時(shí)滿足不同需求的用戶在實(shí)時(shí)性方面的差異，能同時(shí)提供RTK、DGPS、靜態(tài)或動(dòng)態(tài)后處理及現(xiàn)場(chǎng)高精度準(zhǔn)實(shí)時(shí)定位的數(shù)據(jù)服務(wù)。（3）參考站網(wǎng)的建立可部分取代常規(guī)測(cè)量布控。（4）能兼顧不同的用戶對(duì)定位精度指標(biāo)要求，提供覆蓋m級(jí)、dm級(jí)、cm級(jí)的數(shù)據(jù)。（5）覆蓋范圍廣、作業(yè)效率高、一次投資長期受益的特點(diǎn)。（6）提供統(tǒng)一的參考坐標(biāo)系給所有用戶共享，規(guī)范基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)。（7）提高作業(yè)區(qū)域的精度一致性，降低系統(tǒng)誤差、提供外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。（8）提高生產(chǎn)效率，單人測(cè)量系統(tǒng)成為GNSS主流作業(yè)模式。

4 結(jié)論

通過該項(xiàng)目的實(shí)施，與傳統(tǒng)像控測(cè)量相比，主要總結(jié)了使用CORS以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：（1）精度高，使用CORS不僅能達(dá)到像控點(diǎn)測(cè)量的精度要求，而且誤差分布均勻，測(cè)圖精度高，不存在誤差的積累。（2）單機(jī)作業(yè)，完全可以滿足大比例尺航測(cè)成圖的要求。無需重復(fù)架設(shè)基準(zhǔn)站，不受基站與流動(dòng)站距離影響，做到真正的單機(jī)作業(yè)。（3）內(nèi)外業(yè)一體化，可以根據(jù)測(cè)區(qū)的實(shí)際情況選擇合適的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求解方法。參與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換只需要對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)均勻分布的3個(gè)或3個(gè)以上的控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)即可求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，計(jì)算可以由手簿自動(dòng)完成。（4）外業(yè)工作強(qiáng)度減低，在滿足精度要求的情況下，盡可能地減少外業(yè)的工作強(qiáng)度。通過實(shí)際測(cè)量結(jié)果來看，CORS 應(yīng)用于像控測(cè)量，操作簡便，靈活方便，不但可以大幅度提高測(cè)量速度，而且能夠大大減小作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，這在像控測(cè)量中尤為顯著。（5）效益好，主要體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益兩個(gè)方面。

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