張青海（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心云南總隊，云南 昆明 650118）

像控布點在320國道(龍陵
—蒲縹)段航測項目中的應(yīng)用

張青海
（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心云南總隊，云南 昆明 650118）

【摘 要】針對我國現(xiàn)階段無人機數(shù)碼航測技術(shù)發(fā)展水平及實際需求情況，結(jié)合云南省“十二五規(guī)劃”，越來越多領(lǐng)域都利用無人機低空數(shù)碼航測進行地理空間數(shù)據(jù)快速采集。該技術(shù)在公路設(shè)計、資源調(diào)查、土地利用、城市規(guī)劃、國土普查、荒漠化監(jiān)測等方面都起著極其重要作用。本文對使用無人機低空數(shù)碼航測像控布點的作業(yè)方法、流程、人員及設(shè)備配置、測區(qū)像控點的起算及精度要求、質(zhì)量控制等方面進行了介紹。并結(jié)合幾年來的實際生產(chǎn)經(jīng)驗，總結(jié)出一套在保證成圖精度的情況下減少外業(yè)工作量、降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期的像控布點方案。

【關(guān)鍵詞】像控點布設(shè)；像控點采集；人員及設(shè)備配置；質(zhì)量控制

320國道(龍陵—蒲縹)段二級公路改造航測項目位于云貴高原西部，全長100km、帶寬400m。測區(qū)地形復(fù)雜多變，區(qū)域高差較大(最大高差達1 500m)，樹林茂密，交通不便。以上特點給像控作業(yè)增加了較大的難度。特別是區(qū)域內(nèi)2/3的茂密森林給像控點的選取帶來了極大的困難。經(jīng)過實地進行勘察，采取先實地進行人工布設(shè)特征點并同時采集數(shù)據(jù)再航飛，待航飛結(jié)束之后再選取特征點的方法進行像控點的采集。

1　技術(shù)依據(jù)及相關(guān)作業(yè)要求

1.1 技術(shù)依據(jù)

GB/T 18314-2009《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》[1]；GB/T 12898-2009《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》[2]；GB/T 7931-2008《1∶500、1∶1000、1∶2000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》[3]。

1.2 測區(qū)像控點的起算及精度要求

各等級的三角點、導(dǎo)線點、GPS點等均可作為像控點的起算點,根據(jù)測區(qū)的情況選用已知控制點(C、D級GPS點)起算，必須使用D級以上GPS點作起算，要求核對點與原成果的較差應(yīng)優(yōu)于5cm。

1.3 坐標(biāo)系統(tǒng)

本次測量坐標(biāo)為1980西安坐標(biāo)系，3度帶投影，中央子午線為99°，高程為1985國家高程基準(zhǔn)。

1.4 加密控制網(wǎng)測量要求

如果測區(qū)內(nèi)控制點的分布情況滿足不了RTK測量要求,可以在已有控制點的基礎(chǔ)上加密控制點(注：控制點精度D級以上)，需采用靜態(tài)測量方式，具體要求如下：

GPS網(wǎng)基本技術(shù)規(guī)定[1]：①衛(wèi)星高度角≥15°；②有效觀測衛(wèi)星數(shù)≥4；③時段中任一衛(wèi)星有效觀測時間≥15min；④平均重復(fù)設(shè)站數(shù)：≥1.6；⑤時段長度：≥45min；⑥數(shù)據(jù)采樣間隔15s；⑦點位幾何圖形強度因子(PDOP)<6。

1.5 人員及設(shè)備配置

根據(jù)測區(qū)工作量和作業(yè)工期，本項目的像控作業(yè)任務(wù)配備一個作業(yè)組共4人。其中作業(yè)組長一名，作業(yè)員兩名，駕駛員一名。作業(yè)設(shè)備(RTK)3套，相機一臺，皮卡車一輛。

2　像控點布設(shè)

2.1 布設(shè)方式及優(yōu)缺點

無人機低空數(shù)字攝影具有相片多、像幅小的特點，在像控點的布設(shè)中可采取以下兩種方式：

(1) 航飛行后根據(jù)影像中的特征點到實地采集像控點。這種方法可以更加有效的選擇比較明顯、有特點的地物作為像控點；可以節(jié)省一定的工期和成本。同時也存在許多不足，如在樹林比較茂密、沒有明顯特征點可選取的地區(qū)，這種方法就不能滿足像控點的獲取要求。

(2) 在航飛前先到實地布設(shè)并采集部分特征點，航飛后再根據(jù)影像中的特征點到實地完成像控點的采集。此方法主要適用于人類活動少，樹林比較茂密，沒有較明顯的特征點可以選取的地區(qū)。以往這種布點方式的嘗試，均取得了不錯的效果。這種方法最大的優(yōu)點在于能有效地避免在沒有較明顯特征點可以選取的地區(qū)找不到特征點的問題。此方法可以通過Google Earth和相關(guān)航飛軟件進行模擬飛行，得出相應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)，然后根據(jù)模擬數(shù)據(jù)在Google Earth上進行像控點布設(shè)位置的初步選定，見圖1。

圖1　像控點布設(shè)影像示意圖

通過Google Earth能清晰的辨認出測區(qū)哪些區(qū)域需要在航飛前人工布設(shè)像控點。而且可以有效避免布點時因為主觀判斷的盲目性導(dǎo)致所布設(shè)的點位不合理，從而更好地提高工作效率。

2.2 外業(yè)布設(shè)及測量要求

(1) 像控點布設(shè)在航向旁向重疊范圍內(nèi)，盡量達到公用，當(dāng)像控點不能達到公用時則分別布點。

(2) 左右相鄰區(qū)域控制網(wǎng)間公用點的點位盡量布設(shè)在通過相片主點且垂直于方位線的直線左右不超過1.5cm的范圍內(nèi)[4]。

(3) 上下相鄰區(qū)域控制網(wǎng)公用點的點位布設(shè)在旁向重疊中線附近，離開方位線不小于5cm，因旁向重疊度過大不能滿足要求時分別布點。

(4) 像控點距相片邊緣不小于1.5cm[5]。

(5) 像控點應(yīng)選擇在影像清晰的地物點、地物拐角點、接近正交的地線狀地物交匯點或固定的點狀地物上。

(6) 像控點在相鄰的相片上均清晰可見[6]。

由于本項目為帶狀，為了更好的控制精度，采取密周邊法和每隔一條航線、5條基線采集一個平高點，見圖2。

在高等級控制點和加密點的基礎(chǔ)上，用RTK測量模式測量像控點坐標(biāo)。基準(zhǔn)站架設(shè)在測區(qū)(兩個D級以上點)中央或最高處，以保證數(shù)據(jù)鏈的無遮擋傳輸；在進行轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取時，已知控制點的個數(shù)＞3，并且轉(zhuǎn)換參數(shù)的殘差值＜0.03m，然后利用專用對中桿進行像控點的測量；施測前檢測原有高等級或同等級控制點是否與原成果一致以作檢核(平面≤5cm，高程≤10cm)，其目的是更好的保證像控點的點位精度；駕車到目的地測量的要求下車等待3～5min待儀器顯示固定之后才能采點。設(shè)置平滑采集(設(shè)置采集10次以上)，每個像控點需要測量3次，間隔2min，保持桿直立。有條件的可以使用對中桿穩(wěn)定，確保采點的準(zhǔn)確，取3個數(shù)的平均值作為記錄坐標(biāo)。

2.3 像控點精度統(tǒng)計分析

檢驗像控點精度的通常做法有兩種：①先取網(wǎng)中的一個像控點對GPS進行無約束平差，然后引入其他像控點進行約束平差，通過比較GPS網(wǎng)無約束平差與約束平差的精度來判斷像控點的可靠性[3]；②在像控點采集時同時采集所有的首級控制點的坐標(biāo)，把所采集的坐標(biāo)(除設(shè)站時用來檢驗的點)與已知坐標(biāo)相比較的方法來判斷像控點的可靠性。在本項目中采取第二種方法。根據(jù)像控點采集時所采集的首級控制點坐標(biāo)與已知坐標(biāo)相比較，平面位置誤差和高程誤差均≤0.5m，困難地區(qū)可放寬一倍。滿足了測量精度要求，為后續(xù)遙感圖像數(shù)字糾正提供了可靠的精度保證。

2.4 質(zhì)量控制

(1) 杜絕各類測繪質(zhì)量事故，最大限度地減少因測繪錯誤引起的重測或返工，像控點選點及采集質(zhì)量優(yōu)良率≥95%。

(2) 建立完善的質(zhì)量控制體系。根據(jù)我單位以往工程經(jīng)驗，并結(jié)合本項目特點，建立一整套完善的質(zhì)量控制體系，監(jiān)理項目總工為測量質(zhì)量管理第一責(zé)任人、各作業(yè)組和作業(yè)員分頭負責(zé)的工作機制。

(3) 作業(yè)人員的培訓(xùn)。所有作業(yè)人員應(yīng)是經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，作業(yè)工作實施過程中根據(jù)工作的需要，項目部對參與作業(yè)人員進行定期和不定期的技術(shù)培訓(xùn)，提高技術(shù)水平，滿足測量工作的要求。

圖2　像控點布設(shè)展點示意圖

(4) 儀器設(shè)備的控制和管理。本工程計劃配置的儀器應(yīng)滿足測量工作的要求，儀器設(shè)備在使用前都要送國家技術(shù)監(jiān)督局認可的檢定單位進行檢定，檢定的各項指標(biāo)都滿足要求才能使用，以后按照有關(guān)規(guī)定定期送檢，經(jīng)常對測量儀器設(shè)備進行維護保養(yǎng)，保持良好狀態(tài)，建立儀器使用情況臺帳。

(5) 建立完善檢查制度。日常作業(yè)過程中，要嚴(yán)格執(zhí)行“三查制”即：①自查：作業(yè)組長在每次作

業(yè)完成后立即對本組的作業(yè)任務(wù)進行自查，自查中如發(fā)現(xiàn)問題立即叫作業(yè)員進行修正，直到全部合格，并填好自查記錄；②互查：作業(yè)組之間的工作任務(wù)進行交叉檢查，發(fā)現(xiàn)不合格項立即改正至合格；③終查：由測量技術(shù)負責(zé)人或院質(zhì)檢部定期對像控點成果進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時改正。

3　材料說明記錄及注意事項

3.1 材料說明

(1) 像控點坐標(biāo)文件：提供像控點的經(jīng)緯度坐標(biāo)文件，反應(yīng)的是點位大致的位置，方便找到與之對應(yīng)的像控點航片所在位置。

(2) 像控點分布簡圖：按照字頭為北方向，顯示點位的分布圖。

(3) 像控點航片：航片名稱為記錄點名稱，如：航片“IMG_0357-- LL104”則像控點記錄點名為“LL104”。

(4) 像控點記錄表：記錄內(nèi)容包括測量日期、坐標(biāo)系統(tǒng)、儀器名稱、天氣情況、地點、序號、點名、坐標(biāo)X、坐標(biāo)Y、高程H，平面坐標(biāo)和高程均保留三位有效小數(shù)。備注需要說明測量點位的具體位置。

(5) 實地照片：在準(zhǔn)確找到需要測量的像控點，要求拍兩張測量時刻的采點照片，一張為近景一張為遠景，要求近景照片上反映出測量點具體位置，遠景照片上反映出測量點位周圍大致情況，見圖3、圖4。

3.2 注意事項

(1) 要避免距離高壓線、雷達站等其他會干擾RTK作業(yè)過于近的地物角。最重要也最主要的是高壓線一般要距離高壓線外線垂直投影10～20m以外。

(2) 所有像控點為房屋角或石頭的均測量頂部，反映坐標(biāo)的高程和平面坐標(biāo)均為頂部的。

(3) 如果所選擇的像控點由于實地破壞或變化而無法采集，需要在被破壞點周圍選取符合采集要求的其他點位，在航片上用藍色箭頭做標(biāo)記。則點記錄名在原點名后加“G”，如“LL104”變更為“LL104G”，實地照片和備注說明與前面說明一樣。

圖3　外業(yè)打點近景圖

圖4　外業(yè)打點遠景圖

(4) 像控點的采集過程中移動站儀器高設(shè)置請切記：若采集地面上比較矮的地物角時把儀器放置在點上方，儀器高輸入當(dāng)前刻度量取方式選擇桿高；若采集的是平頂房屋，則儀器高輸為0.001量取方式選擇桿高，軟件內(nèi)部會進行自動高度改正；如果采集起伏狀的石棉瓦類的房角則輸入0.03量取方式選擇桿高；其他地物則根據(jù)情況進行高度改正。

4　結(jié)語

320國道(龍陵—蒲縹)段二級公路改造項目中所采用的在航飛前先到實地布設(shè)并采集部分特征點，航飛后再根據(jù)影像中的特征點到實地完成像控點的采集的方法，能充分、高效、準(zhǔn)確布控，提高作業(yè)精度。同時這種方法可以有效避免樹林茂密區(qū)域找不到有效特征點的尷尬，導(dǎo)致區(qū)域網(wǎng)內(nèi)像控點缺失，從而影響整個測區(qū)的控制網(wǎng)精度。采用這種方法也能更好地提高工作效率、控制作業(yè)成本。

【參考文獻】

[1]國家測繪局.GB/T18314-2009 全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[2]國家測繪局.GB/T12898-2009 國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[3]國家測繪局.GB/T7931-2008 1∶500、1∶1000、1∶2000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[4]張祖勛,張劍消.數(shù)字攝影測量學(xué)[M].武漢:武漢測繪科技大學(xué)出版社,2002.

[5]李德仁,王樹根,周月琴.攝影測量與遙感概論[M].北京:測繪出版社,2008.

[6]國家測繪局.CH/Z 3004-2010 低空數(shù)字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010.

【其 他】

【收稿日期】2014-08-01

【文章編號】1007-9386(2015)01-0058-03

【文獻標(biāo)識碼】A

【中圖分類號】P228.4