應(yīng)用CORS的武陵源區(qū)像控測(cè)量研究

李林

摘要：基于武陵源區(qū)某像控測(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)而詳細(xì)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(lái)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(lèi)號(hào)： P228文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）05（b）-0000-00

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(lái)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(lái)越小，所以影像更新的速度也就越來(lái)越快；相應(yīng)的導(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(lái)越高。某區(qū)通過(guò)獲取 2015年 10 月以后最新的高精度衛(wèi)星遙感影像，經(jīng)過(guò)正射糾正、勻色、配準(zhǔn)、裁剪等處理手段完成 1：2000DOM 數(shù)據(jù)庫(kù)，而本文主要論述正射糾正作業(yè)過(guò)程中影像圖的控制測(cè)量（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“像控測(cè)量”）任務(wù)。

該區(qū)位于湖南省張家界市武陵源區(qū)，測(cè)區(qū)內(nèi)包括建成區(qū)、村莊、河流、湖泊、林地、島嶼等多種地形特征，在市區(qū)內(nèi)建筑物較多，周?chē)鷦t以河流、樹(shù)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)。

圖1 航攝測(cè)區(qū)范圍圖

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(guò)程，本項(xiàng)目則是引入 HNCORS 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。

HNCORS 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。

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)（本項(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(méi)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)一步的驗(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 像控點(diǎn)測(cè)量

每個(gè)飛行架次擬布設(shè)9個(gè)像控點(diǎn)，要求兩個(gè)架次之間至少保證有3個(gè)共用像控點(diǎn)。滿(mǎn)足正射糾正采用的像控點(diǎn)必須的2 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(mǎn)足微分多項(xiàng)式（（n+1）（n+2））/2，根據(jù)該區(qū)的地形地貌特點(diǎn)本方案初步設(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(lái)做正射糾正，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(mǎn)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)），因此本項(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)。

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(wèn)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 像控點(diǎn)的位置標(biāo)定

相片由于像控點(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(guò) 0.1mm。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(shuō)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。

2.3 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)，在本項(xiàng)目只需要準(zhǔn)備 2.2 中所描述的用戶(hù)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(guò) GPRS 方式撥號(hào)接入系統(tǒng)，用國(guó)土局提供的 HNCORS 賬號(hào)登錄HNCORS 系統(tǒng)，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)、解算方式等設(shè)置，即可接入 HNCORS 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)，而本項(xiàng)目需要的是廣州城建坐標(biāo)系及西安 80 坐標(biāo)系成果。因此，我們必須通過(guò)觀測(cè)已知點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)來(lái)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。在靜態(tài)測(cè)量中，可通過(guò)與地方坐標(biāo)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，并使用后處理軟件來(lái)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(hù)所需坐標(biāo)成果。

3）觀測(cè)與記錄，在本項(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。

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(guò)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，本項(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(jiǎn)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(hù)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(guò) HNCORS 與湖南省似大地水準(zhǔn)面結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行的，即 HNCORS 一般采用湖南省似大地水準(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)插到成都似大地水準(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)表（見(jiàn)表 2）。表2 測(cè)區(qū)內(nèi)已有驗(yàn)證點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的CORS測(cè)量值比較結(jié)果。

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

4 像控測(cè)量的誤差來(lái)源

根據(jù)像控測(cè)量的作業(yè)流程，像控測(cè)量的誤差來(lái)源主要有三個(gè)方面：

1） 選點(diǎn)誤差，主要來(lái)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(zhǎng)、觀測(cè)歷元數(shù)）引起的誤差；

3） HNCORS 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。

5 結(jié)論

通過(guò)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(mǎn)足大比例尺航測(cè)成圖的要求。無(wú)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(mǎn)足精度要求的情況下，盡可能的減少外業(yè)的工作強(qiáng)度。通過(guò)實(shí)際測(cè)量結(jié)果來(lái)看，CORS 應(yīng)用于像控測(cè)量，操作簡(jiǎn)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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