應用CORS的航空像控測量技術(shù)研究

1、應用CORS的航空像控測量技術(shù)研究 應用CORS的航空像控測量技術(shù)研究 摘 要：基于陜西某像控測量任務為背景，該文首先探討了將CORS技術(shù)應用于像控測量的工作原理，進而相信探討了具體的作業(yè)流程，包括前期的數(shù)據(jù)準備、像控點的目標選擇、像控點位置標定和像控點的位置測量，內(nèi)業(yè)處理、像控測量誤差來源分析和像控測量的質(zhì)量保障措施等。結(jié)果說明：使用CORS不僅能到達像控點測量的精度要求，而且誤差分布均勻，測圖精度高，不存在誤差的積累。 關(guān)鍵詞：CORS 像控測量 誤差 質(zhì)量保證 中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1672-379106-0078-02 隨著社會經(jīng)濟的迅速開展，城市面貌日新月異

2、，土地利用現(xiàn)狀也隨之快速變化，各種城市開展決策、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本錢越來越小，所以影像更新的速度也就越來越快；相應的導致對相片的處理速度、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2021 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、裁剪等處理手段完成1：2000DOM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量任務。 該區(qū)位于某省河網(wǎng)地帶，測區(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，周圍那么以河流、樹林、山地為主，交通不便、地形復雜、通視條件較差，常規(guī)的分級控

3、制測量方法根本難以在既定的工期內(nèi)完成任務。 1 CORS 應用于像控測量的工作原理 像控測量是指根據(jù)相片在內(nèi)業(yè)設(shè)計布點方案并選定能在實地觀測的地物特征點，在實地根據(jù)劃定影像的灰度和形狀確定像控點的位置，外業(yè)實測求解該點三維坐標的過程，該工程那么是引入CORS中網(wǎng)絡(luò)RTK測量方法，實時獲得像控點的三維坐標，從而提高作業(yè)質(zhì)量和效率。 CORS用于像控測量的動態(tài)模式為網(wǎng)絡(luò)RTK模式，該模式可直接獲得觀測點的坐標，方便快捷，精度可靠。目前主要適用于低等級控制網(wǎng)和精度要求不高的測量應用，比方四等以下的控制測量、圖根測量、海岸線測量、像控測量等。 2 作業(yè)流程 2.1 前期數(shù)據(jù)準備 為了實現(xiàn)GPS網(wǎng)與地面

4、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)量的三維地方坐標和GPS坐標控制點，其實際數(shù)量一般不低于34個，且要求分布均勻。如果控制點沒有高程，可從附近高精度水準點引測。此外，為了更進一步的驗證平差結(jié)果，還要求有一定數(shù)量的點作為驗證點。根據(jù)測區(qū)交通和地理環(huán)境信息，精心安排同步觀測方案，既要保證設(shè)計的線路能夠順利在實地標出，又要考慮所選像控點在實地無法觀測等情況，做好在附近找點的準備，更要考慮如何省時高效地完成觀測任務。 2.2 像控點測量 根據(jù)獲取的影像圖，該區(qū)覆蓋了3個條帶的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必須滿足2個根本條件：一是像控點必須分布均勻

5、，二是每景像控點個數(shù)必須滿足微分多項式，根據(jù)該區(qū)的地形地貌特點本方案初步設(shè)計對于山區(qū)地段采用4次多項式、平原地區(qū)采用2次多項式來做正射糾正，4次多項式需要的控制點個數(shù)為15個以上，二次多項式需要的控制點個數(shù)為10個，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數(shù)據(jù)，因此該工程測區(qū)均勻分布共約 80個點作為正射糾正的根底控制點。 2.2.1 像控點的目標選擇 像控點的目標選擇是GPS像控測量中一個關(guān)鍵問題，內(nèi)業(yè)選點必須要考慮幾個方面：像控點具有容易識別的特征，能在實地、影像圖上均都能明確識別；像控點應該具有相對永久固定的特征，不容易隨著城市建設(shè)頻繁變化；像控點較理想的目標是近于直

6、角而且又近于水平的線狀地物的交點和地物拐角上，如道路交叉點、拐角點、圍墻或平臺的拐角點等；像控點應盡量防止選擇高電區(qū)、高建筑物區(qū)等帶有信號干擾、信號盲區(qū)的地方；像控點附近交通應較為理想。 2.2.2 像控點的位置標定 相片由于像控點坐標誤差的影響使相片邊緣產(chǎn)生的像點位移和影像變形比中心局部要嚴重。為了提高外業(yè)判讀刺點和內(nèi)業(yè)點位的測量精度，相片所選像控點的位置距相片邊緣要大于11.5cm。像控點選定之后，相片上要準確標示出它的位置。最常用的方法是用細針在像控點的影像上刺一小孔，小孔中心表示該點在相片的精確位置，刺孔不得超過0.1mm。刺點時要將相片影像與地物形狀仔細對照識別，點位刺出后，要實地檢

7、查核對并做點之記。該點之記與控制點的點之記不同，主要是為了便于內(nèi)業(yè)人員判點。記錄中要包括點號、刺點位置文字說明，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)場的草圖描繪用AutoCAD進行整飾與保存。 2.2.3 像控點的位置測量 設(shè)備準備與設(shè)置，采用網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)，在該工程只需要準備2.2中所描述的用戶設(shè)備，即RTK接收機、接收天線、電源、手簿、通訊模塊即可，連接好設(shè)備后通過GPRS方式撥號接入系統(tǒng)，用CORS賬號登錄CORS系統(tǒng)，并進行簡單的網(wǎng)絡(luò)、解算方式等設(shè)置，即可接入CORS系統(tǒng)。野外點校正，像控測量中網(wǎng)絡(luò)RTK實測的坐標為WGS-84大地坐標系坐標，而該工程需要

8、的是城建坐標系及西安80坐標系成果。因此，必須通過觀測點進行聯(lián)測來求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。觀測與記錄，在該工程中，像控點一般取100個歷元觀測值的平均值作為觀測結(jié)果，每個像控點觀測3次，并取平均值作為該點的觀測結(jié)果。每個像控點的觀測均要按照?實時定位觀測記錄表?記錄，并在點位上做好標記，用數(shù)據(jù)相機拍照正面、遠、近景等3張照片。 觀測時有幾點要求： 每點均須使用三腳架架設(shè)儀器且量取儀器高兩次，兩次讀數(shù)差不大于3mm，取中數(shù)輸入GPS接收機中。觀測員在作業(yè)期間不得擅自離開測站，并應防止儀器受震動和被移動，防止人為和其他物體靠近天線，遮擋衛(wèi)星信號。兩次初始化成果須野外比照結(jié)果，比值為兩次初始化采集的最后一個歷

9、元的空間坐標，較差必須小于2；不符合時，加測一次。取較差滿足精度要求的兩次作為觀測成果，如果三次較差均超出精度指標，那么在其他時間段重新觀測。遇到無信號情況處理，網(wǎng)絡(luò)RTK雖然比常規(guī)RTK作業(yè)信號要好，但是同樣也存在接收衛(wèi)星不理想的情況。在這種情況下，可以適當在附近臨時調(diào)整像控點選點目標，但是新選擇與原選擇的距離最好不要超過100m，防止導致像控點分布不均勻。 2.3 內(nèi)業(yè)處理 網(wǎng)絡(luò)RTK的另一個提高效率的表現(xiàn)在于內(nèi)外業(yè)一體化，相對于在外業(yè)過程中把內(nèi)業(yè)局部的計算工作已經(jīng)完成，因此，該工程的內(nèi)業(yè)工作主要有以下幾個內(nèi)容。 觀測記錄的整理，觀測記錄的整理包括了觀測記錄的計算整理、像控點位置示意圖詳繪

10、等，涉及到坐標轉(zhuǎn)換后處理工作的需要將觀測原始坐標文件按照固定的格式進行簡單的編輯。像控點平均值計算，如2.2.3所述，每個點觀測3次，所有單次初始化平均值求取平均值作為該點觀測成果。坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，坐標轉(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)實時轉(zhuǎn)換，另一種是外業(yè)觀測數(shù)據(jù)全部采用WGS84坐標系，內(nèi)業(yè)后處理，采用計算機計算模式得出用戶所需的轉(zhuǎn)換參數(shù)以及對應的坐標系成果，兩種坐標轉(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。高程解算，高程解算主要是通過CORS與省似大地水準面結(jié)合應用進行的，即CORS一般采用省似大地水準面成果作為高程求取方法。在進行WGS84坐標系下的約束平差之

11、后得到控制點的大地坐標，將此大地坐標值內(nèi)插到似大地水準面模型中解算控制點的正常高程。點檢測精度統(tǒng)計表。測區(qū)內(nèi)已有驗證點與對應的CORS測量值比擬結(jié)果。 其中平面坐標較差的最大值為3.3cm，高程較差的最大值為4.0cm，可以看出 CORS測量精度成果具有較高精度，完全滿足像控測量中0.051.0m的精度要求。 2.4 像控測量的誤差來源 根據(jù)像控測量的作業(yè)流程，像控測量的誤差來源主要有三個方面。 選點誤差，主要來自于內(nèi)業(yè)人員對影像圖的判讀、圖上標繪、刺點等所引起的誤差；觀測誤差，主要有儀器對中誤差，觀測方法引起的誤差；CORS本身存在誤差，包括：與衛(wèi)星有關(guān)、信號傳播有關(guān)、儀器設(shè)備有關(guān)的誤差。

12、2.5 像控測量的質(zhì)量保證措施 像控測量是一項大面積的測繪工作，質(zhì)量控制應貫穿全過程作業(yè)中，以下是針對應用CORS作業(yè)模式下測量精度的檢驗措施。 點的檢測，在測區(qū)內(nèi)找到已有的控制點，我們可以用CORS對其進行觀測及轉(zhuǎn)換參數(shù)的修正；像控點距離較遠的可采用網(wǎng)絡(luò)RTK進行點位重復測量精度檢查；對于較近的像控點可以用常規(guī)儀器進行相對精度的檢查，包括兩點之間高差檢查、邊長檢查等。 網(wǎng)絡(luò)RTK相對于其他測量方法的優(yōu)勢通過該工程的實施，結(jié)合CORS建設(shè)理論知識，可以得到CORS在像控測量中比照常規(guī)導線測量、靜態(tài)GPS測量、常規(guī)RTK測量都有著很大的差異，這種差異主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 具有跨行業(yè)特征，可面

13、向不同類型的用戶，不再局限于測繪領(lǐng)域及設(shè)站單位；可同時滿足不同需求的用戶在實時性方面的差異，能同時提供RTK、DGPS、靜態(tài)或動態(tài)后處理、及現(xiàn)場高精度準實時定位的數(shù)據(jù)效勞；參考站網(wǎng)的建立可局部取代常規(guī)測量布控；能兼顧不同的用戶對定位精度指標要求，提供覆蓋m級、dm級、cm級的數(shù)據(jù)；覆蓋范圍廣、作業(yè)效率高，一次投資長期受益的特點。 3 結(jié)語 通過該工程的實施，與傳統(tǒng)像控測量相比，主要總結(jié)了使用CORS以下幾點優(yōu)勢：精度高，使用CORS不僅能到達像控點測量的精度要求，而且誤差分布均勻，測圖精度高，不存在誤差的積累；單機作業(yè)，完全可以滿足大比例尺航測成圖的要求。無需重復架設(shè)基準站，不受基站與流動站距離影響，做到真正的單機作業(yè)；內(nèi)外業(yè)一體化，可以根據(jù)測區(qū)的實際情況選擇適宜的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)求解方法。參與坐標轉(zhuǎn)換只需要對測區(qū)內(nèi)均勻分布的3個或3個以上的控制點進行復測即可求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，計算可以由手簿自動完成；外業(yè)工作強度減低，在滿足精度要求的情況下，盡可能的減少外業(yè)的工作強度。通過實際測量結(jié)果來看，CORS應用于像控測量，操作簡便，靈活方便，不但可以大幅度提高測量