應(yīng)用ZJCORS 的某河網(wǎng)區(qū)像控測(cè)量研究

羅 旋

(臺(tái)州市國(guó)土資源局路橋分局，浙江 臺(tái)州 318000)

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2008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“像控測(cè)量”)任務(wù)。

該區(qū)位于浙江省中部河網(wǎng)地帶，測(cè)區(qū)內(nèi)包括建成區(qū)、村莊、河流、湖泊、林地、島嶼等多種地形特征，在市區(qū)內(nèi)建筑物較多，周圍則以河流、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)。

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(guò)程，本項(xiàng)目則是引入ZJCORS 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。

1.1 ZJCORS 建設(shè)現(xiàn)狀

浙江省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)(ZJCORS)，是由浙江省測(cè)繪與地理信息局組織建設(shè)的浙江省現(xiàn)代化測(cè)繪基準(zhǔn)體系基礎(chǔ)設(shè)施，ZJCORS 由浙江省內(nèi)省級(jí)基準(zhǔn)站、地市級(jí)基準(zhǔn)站、海洋基準(zhǔn)站和長(zhǎng)三角地區(qū)的上海、江蘇兩地共享基準(zhǔn)站組成。

1.2 ZJCORS 定位原理

ZJCORS 是將現(xiàn)代衛(wèi)星定位、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通訊等技術(shù)進(jìn)行多方位、高深度集成的結(jié)晶。作為浙江省測(cè)繪的基礎(chǔ)設(shè)施，ZJCORS 是浙江省的動(dòng)態(tài)大地定位基準(zhǔn)，是各種測(cè)繪工作的基礎(chǔ)。系統(tǒng)能夠提供從cm 級(jí)到m 級(jí)的各種精度要求的空間定位服務(wù)，能夠?yàn)榘▏?guó)土測(cè)繪、形變監(jiān)測(cè)、工程施工、城市規(guī)劃、線路施工、地面和空中交通監(jiān)控、公共安全、農(nóng)業(yè)管理、氣象預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域的不同用戶提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)實(shí)時(shí)或事后數(shù)據(jù)服務(wù)。

ZJCORS 是采用了VRS 技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)RTK 的技術(shù)基礎(chǔ)，ZJCORS 的網(wǎng)絡(luò)RTK 數(shù)據(jù)源選擇有CMR、DGPS、RTCM2.1，RTCM2.3，RTCM3.0 等方式;VRS 是集成Internet 技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理和GPS 定位技術(shù)一身的系統(tǒng)，它利用固定參考站上的數(shù)據(jù)對(duì)工作區(qū)域內(nèi)的誤差進(jìn)行模型化處理，而模型則用來(lái)測(cè)量位置的“虛擬”參考站，它能向流動(dòng)站接收機(jī)提供“本地化”、標(biāo)準(zhǔn)格式的修正信息。

1.3 像控測(cè)量所采用的測(cè)量模式

ZJCORS 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

圖1 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)(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)。

2.2 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)必須滿足微分多項(xiàng)式，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)，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(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。

2.2.2 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。

2.2.3 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)，用浙江省國(guó)土局提供的ZJCORS 賬號(hào)登錄ZJCORS 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ZJCORS 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。

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(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。

4)高程解算，高程解算主要是通過(guò)ZJCORS 與浙江省似大地水準(zhǔn)面結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行的，即ZJCORS 一般采用浙江省似大地水準(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)插到浙江似大地水準(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ZJCORS 測(cè)量精度成果具有較高精度，完全滿足像控測(cè)量中0.05～1.0m 的精度要求。

2.4 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)ZJCORS 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(guò)程作業(yè)中，以下是針對(duì)應(yīng)用ZJCORS 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ZJCORS 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(zhǎng)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(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，結(jié)合ZJCORS 建設(shè)理論知識(shí)，可以得到ZJCORS 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(zhǎng)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(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，在滿足精度要求的情況下，盡可能的減少外業(yè)的工作強(qiáng)度。

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。

［1］匡翠林;范沖，GPS 技術(shù)在像控測(cè)量中的應(yīng)用，測(cè)繪與空間地理信息，2006，8，22-25

［2］原喜屯，精密單點(diǎn)定位(PPP)技術(shù)在像控測(cè)量中的應(yīng)用研究，礦山測(cè)量，2011，6

［3］余永欣，李立軍，CORS 技術(shù)在1∶ 2000 地形圖航測(cè)像控測(cè)量中的應(yīng)用，北京測(cè)繪，2012，2