□李文強(qiáng)

（山西省測(cè)繪工程院，山西太原030002）

數(shù)碼相機(jī)GPS定位和方位角精度探討

□李文強(qiáng)

（山西省測(cè)繪工程院，山西太原030002）

在地理國(guó)情普查工作中，使用數(shù)碼相機(jī)拍攝樣本照片是最為重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本文詳細(xì)分析了影響照片信息的GPS定位精度、電子羅盤(pán)方位角精度的因素，并結(jié)合實(shí)際工作，論述了精度檢測(cè)以及精度優(yōu)化采取的措施。

地理國(guó)情;照片信息;GPS定位;方位角;精度檢測(cè);優(yōu)化措施

1.引言

在第一次全國(guó)地理國(guó)情普查工作中，數(shù)碼相機(jī)拍攝的照片被廣泛應(yīng)用于影像解譯地類(lèi)認(rèn)定、國(guó)情要素采集、樣本數(shù)據(jù)采集、外業(yè)核查與檢查等作業(yè)環(huán)節(jié)。數(shù)碼相機(jī)拍攝的照片對(duì)內(nèi)業(yè)定性起著至關(guān)重要的作用，可以說(shuō)外業(yè)采集的照片貫穿度和方位角精度是遙感解譯樣本數(shù)據(jù)的重要屬性，直接影響著遙感解譯樣本數(shù)據(jù)庫(kù)的質(zhì)量好壞。削弱影響數(shù)碼相機(jī)GPS定位平面精度和電子羅盤(pán)方位角精度的諸多不利因素，提高兩者的精度，正是我們?cè)谧鳂I(yè)過(guò)程中不斷探索的意義所在。

2.精度影響因素

2.1 GPS定位精度

數(shù)碼相機(jī)內(nèi)置GPS信號(hào)接收天線(xiàn)及信號(hào)處理芯片，影響GPS信號(hào)接收的因素很多，來(lái)自衛(wèi)星部分的星歷誤差；來(lái)自信號(hào)的電離層、大氣的對(duì)流層、多路徑效應(yīng)；來(lái)自信號(hào)接收的位置誤差、天線(xiàn)相位中心變化；來(lái)自地面環(huán)境（如高大的建筑物、樹(shù)、大面積水域）的因素都會(huì)影響GPS對(duì)信號(hào)的接收。另外數(shù)碼相機(jī)使用方法不規(guī)范，拍攝點(diǎn)位置、拍攝角度選取不合理等人為因素對(duì)GPS定位精度的影響也是不容忽視的。

2.2 電子羅盤(pán)方位角精度

電子羅盤(pán)是根據(jù)地磁原理計(jì)算磁航向角。影響電子羅盤(pán)定向精度的因素主要有：（1）電子羅盤(pán)A/D轉(zhuǎn)換的分辨率；溫度影響；磁傳感器誤差；地球磁場(chǎng)的變化；羅盤(pán)的傾斜誤差，這些因素在數(shù)碼相機(jī)的電子羅盤(pán)設(shè)計(jì)中是應(yīng)必須解決的，我們使用時(shí)檢測(cè)電子羅盤(pán)方位角精度符合要求并按照說(shuō)明書(shū)正確操作相機(jī)就可以了。（2）外界環(huán)境的介質(zhì)引起的磁場(chǎng)變化導(dǎo)致電子羅盤(pán)方位角精度下降，降低或消除外界干擾磁場(chǎng)對(duì)其精度的影響是使用數(shù)碼相機(jī)過(guò)程中必須解決的問(wèn)題。

3.精度檢測(cè)方法

3.1 GPS定位平面精度檢測(cè)

（1）外業(yè)控制點(diǎn)制作：

在空曠地區(qū)選擇控制點(diǎn)A，使用GPSRTK對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，解算出控制點(diǎn)A的CGCS2000坐標(biāo)。

（2）相機(jī)參數(shù)設(shè)定：

GPS設(shè)定：記錄GPS數(shù)據(jù)開(kāi)啟；更新A-GPS文件。

（3）觀測(cè)方法：

使用腳架在控制點(diǎn)A上安置相機(jī)。對(duì)中后，相機(jī)開(kāi)機(jī)，等待GPS信號(hào)穩(wěn)定后，每臺(tái)相機(jī)采集3次或3次以上數(shù)據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)處理：

導(dǎo)出相機(jī)數(shù)據(jù)，采用WalkSurface軟件讀入照片，根據(jù)照片信息中記錄的拍攝點(diǎn)GPS平面定位信息，解算出照片點(diǎn)位的CGCS2000坐標(biāo)，計(jì)算各照片點(diǎn)坐標(biāo)與控制點(diǎn)A的坐標(biāo)誤差，然后求出相機(jī)GPS平面定位精度中誤差。解算公式為：

某編號(hào)64302034的尼康A(chǔ)W110s數(shù)碼相機(jī)采集數(shù)據(jù)坐標(biāo)展點(diǎn)圖如下，圖中三角為控制點(diǎn)，圓圈點(diǎn)為觀測(cè)點(diǎn)。

3-1拍攝點(diǎn)坐標(biāo)展點(diǎn)圖

量測(cè)距離誤差為

觀測(cè)序號(hào) 與控制點(diǎn)距離（米）10.7 2 0.830.9 40.851.861.8

解算得m=1.2米，由此知道該數(shù)碼相機(jī)GPS位置定位平面精度。

3.2 電子羅盤(pán)方位角精度檢測(cè)

（1）外業(yè)控制點(diǎn)制作：

在空曠地區(qū)選擇控制點(diǎn)A、B，使用GPS-RTK對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，解算出控制點(diǎn)A、控制點(diǎn)B的CGCS2000坐標(biāo)，求出方位角αAB。

（2）相機(jī)參數(shù)設(shè)定：

羅盤(pán)顯示開(kāi)啟；

電子羅盤(pán)重新進(jìn)行校正。

（3）數(shù)據(jù)采集：

在A點(diǎn)安置腳架，在腳架上面假設(shè)平板，然后在平板上放樣出方位角αAB，用量角器做一條αAB的垂直線(xiàn)αCD。

每臺(tái)相機(jī)放置于αCD線(xiàn)上，朝向B方向，進(jìn)行三次以上數(shù)據(jù)采集。

（4）數(shù)據(jù)處理：

導(dǎo)出相機(jī)數(shù)據(jù)，采用WalkSurface軟件讀入照片，根據(jù)照片信息中記錄的照片方位角信息，計(jì)算各次觀測(cè)的平均方位角αAB,然后與αAB進(jìn)行比較，得出相機(jī)方位角精度。相機(jī)記錄方位角為磁方位角，控制點(diǎn)解算出的方位角為真方位角，磁方位角與真方位角差值為磁偏角，數(shù)量級(jí)一般在秒級(jí)，可以忽略不計(jì)。

某編號(hào)64302034的尼康A(chǔ)W110s數(shù)碼相機(jī)采集數(shù)據(jù)如下，根據(jù)A點(diǎn)坐標(biāo)和B點(diǎn)坐標(biāo)解算得αAB=56.31,αAB=59.18，解算得α=2.87°，由此知道該數(shù)碼相機(jī)方位角精度。

相機(jī)編號(hào)觀測(cè)1（°）方位角精度（°）64302034 59.6058.8358.0360.24 59.18 2.87觀測(cè)2（°）觀測(cè)3（°）觀測(cè)4（°）觀測(cè)結(jié)果（°）

4.精度優(yōu)化措施

4.1 外業(yè)照片采集

（1）及時(shí)更新數(shù)碼相機(jī)A-GPS文件。

（2）檢查GPS信號(hào)接收按鈕是否開(kāi)啟，GPS信號(hào)接收是否正常。

（3）拍攝位置選取應(yīng)避開(kāi)樹(shù)、建筑物、大面積水域等影響GPS信號(hào)接收的位置。

（4）拍攝時(shí)，相機(jī)避開(kāi)電子設(shè)備（電池、手機(jī)）、金屬物件等其他近磁場(chǎng)，以及影響電子羅盤(pán)的物體。

（5）建議拍攝時(shí)間15-20秒。時(shí)間太短，GPS信號(hào)及電子羅盤(pán)不穩(wěn)定；時(shí)間太長(zhǎng)，電子羅盤(pán)存在惰性，影響方位角精度。

（6）拍攝前，進(jìn)行電子羅盤(pán)的校正。一般采用正8字形校正，開(kāi)啟電子羅盤(pán)的校正按鈕，按正8字形旋轉(zhuǎn)相機(jī)，電子羅盤(pán)校正完成。

4.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)編輯

依據(jù)《遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)技術(shù)規(guī)定》，拍攝點(diǎn)位置定位精度一般控制在15米以?xún)?nèi)，照片方位角精度應(yīng)在5度以?xún)?nèi)。內(nèi)業(yè)整理照片時(shí)，有些照片信息的拍攝點(diǎn)位置定位精度和照片方位角精度偏差太大，可以通過(guò)內(nèi)業(yè)編輯進(jìn)行糾正。

（1）在WalkSurface軟件平臺(tái)下定義CGCS2000坐標(biāo)系和坐標(biāo)投影。

4-1投影坐標(biāo)系設(shè)置（加載CGCS2000坐標(biāo)系）

（2）加載外業(yè)實(shí)地照片對(duì)應(yīng)的正射影像圖，批量讀入照片。

（3）參照外業(yè)核查底圖，拍攝點(diǎn)位置偏差大的，修正到拍攝點(diǎn)的正確位置，并對(duì)該點(diǎn)拍攝位置重新賦值，拍攝點(diǎn)正確位置的經(jīng)緯度自動(dòng)記錄到照片信息中。

4-2照片拍攝點(diǎn)位置重新賦值

（4）參照外業(yè)核查底圖，修正后拍攝點(diǎn)位置移動(dòng)到樣本點(diǎn)位置，軟件根據(jù)其移動(dòng)軌跡，計(jì)算拍攝距離和照片方位角，并把計(jì)算出的正確照片方位角自動(dòng)記錄到照片信息中。

4-3計(jì)算照片方位角

（5）通過(guò)內(nèi)業(yè)編輯處理，拍攝點(diǎn)位置定位精度和照片方位角精度偏差大的照片信息就基本上滿(mǎn)足規(guī)程精度要求了。

4-4糾正后的照片拍攝點(diǎn)位置及方位角信息

4-5拍攝點(diǎn)糾正前、后位置及樣本點(diǎn)位置關(guān)系圖

5.結(jié)束語(yǔ)

雖然影響數(shù)碼相機(jī)GPS定位和方位角精度的因素很多，但是通過(guò)采取科學(xué)合理的作業(yè)方法和精度優(yōu)化措施，各種因素的影響可削弱或基本消除，能夠確保照片信息準(zhǔn)確，進(jìn)而保證了遙感解譯樣本數(shù)據(jù)庫(kù)的質(zhì)量。尤其是在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)編輯過(guò)程中，提高了作業(yè)效率。正確認(rèn)識(shí)并積極合理地解決數(shù)碼相機(jī)拍攝照片過(guò)程中遇到的諸多不利因素，將有利于地理國(guó)情普查工作的順利開(kāi)展。

參考文獻(xiàn)：

【1】GDPJ 01—2013《地理國(guó)情普查內(nèi)容與指標(biāo)》[S].國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)地理國(guó)情普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.2013（8）.

【2】GDPJ 06—2013《遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)技術(shù)規(guī)定》[S].國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)地理國(guó)情普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.2013（8）.

【3】GB/T 18314-2001《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》.

【4】蔣賢志.《數(shù)字電子羅盤(pán)誤差分析及校正技術(shù)研究》.

【5】《尼康COOLPIX AW110s型數(shù)碼相機(jī)使用說(shuō)明書(shū)》.尼康映像儀器銷(xiāo)售（中國(guó)）有限公司.

P237

B

2095-7319（2014）05-0065-05

李文強(qiáng)（1971—），男，山西太原人，工程師，1993年畢業(yè)于鄭州測(cè)繪學(xué)校工程測(cè)量專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在山西省測(cè)繪工程院工作，主要從事工程測(cè)量與地理信息數(shù)據(jù)建庫(kù)工作。