應用CORS的云南某河網(wǎng)區(qū)像控測量研究

丁潤華

摘 要：基于云南某像控測量任務為背景，論文首先探討了將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)果表明：使用 CORS 不僅能達到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：1672-3791（2015）11（b）-0000-00

隨著社會經(jīng)濟的迅速發(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；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 2013 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，而本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。

該區(qū)位于云南省某河網(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、地形復雜，通視條件較差，常規(guī)的分級控制測量方法基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，本項目則是引入 KMCORS 中網(wǎng)絡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。

1.1 KMCORS定位原理

KMCORS 是將現(xiàn)代衛(wèi)星定位、計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)通訊等技術(shù)進行多方位、高深度集成的結(jié)晶。作為云南省測繪的基礎(chǔ)設(shè)施，KMCORS 是云南省的動態(tài)大地定位基準，是各種測繪工作的基礎(chǔ)。系統(tǒng)能夠提供從 cm級到 m 級的各種精度要求的空間定位服務，能夠為包括國土測繪、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、氣象預報、防災減災等領(lǐng)域的不同用戶提供實時、準實時或事后數(shù)據(jù)服務。

KMCORS 是采用了 VRS 技術(shù)作為網(wǎng)絡 RTK 的技術(shù)基礎(chǔ)， KMCORS 的網(wǎng)絡 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)、無線通訊技術(shù)、計算機網(wǎng)絡管理和 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)對工作區(qū)域內(nèi)的誤差進行模型化處理，而模型則用來測量位置的“虛擬”參考站，它能向流動站接收機提供“本地化”、標準格式的修正信息。

1.2 像控測量所采用的測量模式

KMCORS 用于像控測量的動態(tài)模式為網(wǎng)絡 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，比如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和 GPS坐標控制點， 其實際數(shù)量一般不低于 3 ～ 4 個（本項目采用了 7 個控制點）， 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)量的已知點作為驗證點。根據(jù)測區(qū)交通和地理環(huán)境信息，精心安排同步觀測計劃，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 個基本條件：一是像控點必須分布均勻，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)（和相鄰景接邊處一般為 3-4 個），因此本項目測區(qū)均勻分布共約 80 個點作為正射糾正的基礎(chǔ)控制點。分布如圖1所示。

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：1）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辨認；2）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；3）像控點較理想的目標是近于直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；4）像控點應盡量避免選擇高電區(qū)、高建筑物區(qū)等帶有信號干擾、信號盲區(qū)的地方；5）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部分要嚴重。為了提高外業(yè)判讀刺點和內(nèi)業(yè)點位的量測精度，相片所選像控點的位置距相片邊緣要大于 1 ～ 1.5 cm。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辨認，點位刺出后，要實地檢查核對并做點之記。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

1）設(shè)備準備與設(shè)置，采用網(wǎng)絡 RTK 作業(yè)，在本項目只需要準備用戶設(shè)備，即 RTK 接收機、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 GPRS 方式撥號接入系統(tǒng)，用KMCORS 賬號登錄KMCORS 系統(tǒng)，并進行簡單的網(wǎng)絡、解算方式等設(shè)置，即可接入 KMCORS 系統(tǒng)。2）野外點校正，像控測量中網(wǎng)絡 RTK 實測的坐標為 WGS-84 大地坐標系坐標，而本項目需要的是昆明城建坐標系及西安 80 坐標系成果。因此，我們必須通過觀測已知點進行聯(lián)測來求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。在靜態(tài)測量中，可通過與地方坐標控制點聯(lián)測，并使用后處理軟件來求取 WGS-84 坐標與地方坐標的轉(zhuǎn)換關(guān)系，進而把 GPS 觀測的 WGS-84 坐標成果轉(zhuǎn)換為用戶所需坐標成果。3）觀測與記錄，在本項目中，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。

2.3 內(nèi)業(yè)處理

網(wǎng)絡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)部分的計算（即數(shù)據(jù)后處理）工作已經(jīng)完成，因此，本項目的內(nèi)業(yè)工作主要有以下幾個內(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算整理、像控點位置示意圖詳繪等，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。2）像控點平均值計算，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，3）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。4）高程解算，高程解算主要是通過 KMCORS 與云南省似大地水準面結(jié)合應用進行的，即 KMCORS 一般采用云南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后得到控制點的大地坐標，將此大地坐標值內(nèi)插到云南似大地水準面模型中解算控制點的正常高程。

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 KMCORS 測量精度成果具有較高精度，完全滿足像控測量中 0.05 ～ 1.0m 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：1） 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；2） 觀測誤差，主要有儀器對中誤差，觀測方法（觀測時長、觀測歷元數(shù)）引起的誤差；3） KMCORS 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。

3 結(jié)論

通過該項目的實施，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：1）精度高，使用 CORS 不僅能達到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；2）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)；3）內(nèi)外業(yè)一體化，可以根據(jù)測區(qū)的實際情況選擇合適的坐標轉(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；4）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速度，而且能夠大大減小作業(yè)人員的勞動強度，這在像控測量中尤為顯著。5）效益好，主要體現(xiàn)在經(jīng)濟效益和社會效益兩個方面。

參考文獻

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