應(yīng)用CORS的廣東某區(qū)域像控測量研究

楊銳波

摘 要：基于廣東某像控測量任務(wù)為背景，論文首先探討了將CORS技術(shù)應(yīng)用于像控測量的工作原理，其次還探討了具體的作業(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)果表明：使用CORS不僅能達(dá)到像控點(diǎn)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(hào)：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）03（a）-0055-03

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(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，使得對相片的處理速度、精度和處理的面積的技術(shù)要求也就越來越高。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∶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（以下簡稱“像控測量”）任務(wù)。

該區(qū)位于廣東省中部河網(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(jì)布點(diǎn)方案，并選定能在實(shí)地觀測的地物特征點(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)測求解該點(diǎn)三維坐標(biāo)的過程，該項(xiàng)目則是引入GDCORS中網(wǎng)絡(luò)RTK測量方法，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。

GDCORS是將現(xiàn)代衛(wèi)星定位、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信等技術(shù)進(jìn)行多方位、高深度集成的結(jié)晶。作為廣東省測繪的基礎(chǔ)設(shè)施，GDCORS是廣東省的動(dòng)態(tài)大地定位基準(zhǔn)，是各種測繪工作的基礎(chǔ)。系統(tǒng)能夠提供從厘米級(jí)到米級(jí)的各種精度要求的空間定位服務(wù)，能夠?yàn)榘▏翜y繪、形變監(jiān)測、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)。

GDCORS是采用了VRS技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)RTK的技術(shù)基礎(chǔ)，GDCORS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)、無線通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理和GPS定位技術(shù)于一身的系統(tǒng)，它利用固定參考站上的數(shù)據(jù)對工作區(qū)域內(nèi)的誤差進(jìn)行模型化處理，而模型則用來測量位置的“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。

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。此外，為了更進(jìn)一步驗(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)測區(qū)交通和地理環(huán)境信息，精心安排同步觀測計(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)高效地完成觀測任務(wù)。

2.2 像控點(diǎn)測量

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；二是每個(gè)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)對山區(qū)地段采用四次多項(xiàng)式、平原地區(qū)采用二次多項(xiàng)式來做正射糾正，四次多項(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、影像圖上都能明確辨認(rèn)；（2）像控點(diǎn)應(yīng)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；（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)對照辨認(rèn)，點(diǎn)位刺出后，要實(shí)地檢查核對并做點(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、通信模塊（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)，用廣東省國土資源廳提供的GDCORS賬號(hào)登錄GDCORS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GDCORS系統(tǒng)。

（2）野外點(diǎn)校正。像控測量中網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)測的坐標(biāo)為 WGS-84大地坐標(biāo)系坐標(biāo)，而該項(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，我們必須通過觀測已知點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測來求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。在靜態(tài)測量中，可通過與地方坐標(biāo)控制點(diǎn)聯(lián)測，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觀測的WGS-84坐標(biāo)成果轉(zhuǎn)換為用戶所需坐標(biāo)成果。

（3）觀測與記錄。在該項(xiàng)目中，像控點(diǎn)一般取100個(gè)歷元觀測值的平均值作為觀測結(jié)果，每個(gè)像控點(diǎn)觀測3次，并取平均值作為該點(diǎn)的觀測結(jié)果。每個(gè)像控點(diǎn)的觀測均要按照《實(shí)時(shí)定位觀測記錄表》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)在內(nèi)外業(yè)一體化，相對在外業(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）觀測記錄的整理，觀測記錄的整理包括了觀測記錄的計(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，每個(gè)點(diǎn)觀測3次，所有單次初始化平均值求取平均值作為該點(diǎn)觀測成果，（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GDCORS與廣東省似大地水準(zhǔn)面結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行的，即GDCORS一般采用廣東省似大地水準(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)檢測精度統(tǒng)計(jì)如表1所示。測區(qū)內(nèi)已有驗(yàn)證點(diǎn)與對應(yīng)的CORS測量值比較結(jié)果。

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GDCORS測量精度成果具有較高精度，完全滿足像控測量中0.05～1.0 m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3個(gè)方面。

（1）選點(diǎn)誤差，主要來自于內(nèi)業(yè)人員對影像圖的判讀、圖上標(biāo)繪、刺點(diǎn)等所引起的誤差。（2）觀測誤差，主要有儀器對中誤差，觀測方法（觀測時(shí)長、觀測歷元數(shù)）引起的誤差。（3）GDCORS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。

3 結(jié)論

通過該項(xiàng)目的實(shí)施，與傳統(tǒng)像控測量相比，主要總結(jié)了使用CORS以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：（1）精度高，使用CORS不僅能達(dá)到像控點(diǎn)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；（2）單機(jī)作業(yè)，完全可以滿足大比例尺航測成圖的要求，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)換只需要對測區(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)際測量結(jié)果來看，CORS 應(yīng)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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