楊　春（湖南省國土資源規(guī)劃院，湖南　長沙　410000）

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基于GPS技術(shù)的遙感測(cè)繪方法在土地測(cè)繪中的實(shí)踐

楊春（湖南省國土資源規(guī)劃院，湖南長沙410000）

本文主要結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，闡述了在土地測(cè)繪工作中運(yùn)用基于GPS技術(shù)的遙感測(cè)繪方法相關(guān)內(nèi)容，希望能夠?yàn)橥袇⒖己徒梃b。

GPS；遙感；測(cè)繪；土地；地形圖

引言

近年來，隨著土地測(cè)繪技術(shù)的不斷發(fā)展，運(yùn)用遙感測(cè)繪方法進(jìn)行地圖測(cè)繪已經(jīng)變得非常普遍，具有定位精度高、速度快和范圍廣等特點(diǎn)。但是土地測(cè)量中遙感技術(shù)的運(yùn)用必須要運(yùn)用GPS技術(shù)輔助完成。隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展和運(yùn)用，對(duì)土地測(cè)繪工作起到了很大的幫助作用。在土地測(cè)繪中，運(yùn)用基于GPS技術(shù)的遙感測(cè)繪方法可以充分的選擇各自的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，保證土地測(cè)繪工作高精度和高效率的完成。

1　GPS與RS

全球定位系統(tǒng)（GPS，Global Position System）就是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)量的定位、導(dǎo)航技術(shù)，英文也稱為Navigation Satellite Timing and Ranging導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)時(shí)和測(cè)距，由美國軍方組織研制建立，從1973年開始實(shí)施，到90年代初完成。是主要特點(diǎn)全天候、全球覆蓋、三維定速定時(shí)高精度、快速省時(shí)高效率以及應(yīng)用廣泛多功能。

遙感（RS）就是從不同的角度、不同的高度探測(cè)地面目標(biāo)的特性，從目標(biāo)上可以分為陸地資源遙感、海洋遙感和氣象遙感，包括地面、海洋、大氣等，主要是對(duì)地面觀測(cè)。從高度上講有航空遙感和衛(wèi)星遙感，航空遙感的高度一般在3000～5000m之間，衛(wèi)星遙感一般從500～900km。按遙感的物理波段來分的話，又可以分為可見光遙感、紅外遙感和微波遙感。遙感（Remote Sensing）在不直接接觸的情況下，利用遙感器對(duì)目標(biāo)或自然現(xiàn)象遠(yuǎn)距離探測(cè)和感知的一種技術(shù)，它根據(jù)不同物體對(duì)波譜產(chǎn)生不同響應(yīng)的原理，識(shí)別地面上各類地物。遙感最主要的特點(diǎn)是覆蓋范圍寬、頻率快以及信息量大。

2　基于GPS技術(shù)的遙感測(cè)繪

2.1GPS輔助空中三角測(cè)量

遙感中的目標(biāo)定位一直都依賴于地面控制點(diǎn)，如果要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)無地面控制的遙感目標(biāo)定位，則需要通過GPS記錄遙感影像瞬間的方位元素。GPS與RS的集成技術(shù)主要是利用GPS的精確定位功能為RS影像提供實(shí)時(shí)處理與快速編碼，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地測(cè)量坐標(biāo)。目前GPS動(dòng)態(tài)相位差分已用于航空/航天攝影測(cè)量進(jìn)行無地面空中三角測(cè)量，并用于生產(chǎn)，從而大大提高工作效率和精度。

2.1.1航空測(cè)量

航空攝影測(cè)量也稱為空中三角測(cè)量，利用像片內(nèi)在的幾何特性，在室內(nèi)加密控制點(diǎn)的方法。即利用連續(xù)攝取的具有一定重疊的航攝像片，依據(jù)少量野外控制點(diǎn)，以攝影測(cè)量方法建立同實(shí)地相應(yīng)的航線模型或區(qū)域網(wǎng)模型，從而獲取加密點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程。主要用于測(cè)地形圖。工作可分為兩大主要部分：①數(shù)據(jù)采集，包括轉(zhuǎn)點(diǎn)、像點(diǎn)坐標(biāo)或模型點(diǎn)坐標(biāo)量測(cè)、坐標(biāo)規(guī)化和預(yù)改正。②數(shù)據(jù)處理，一般為區(qū)域網(wǎng)平差，平差過程中要引入非攝影測(cè)量信息，主要是地面控制點(diǎn)坐標(biāo)，使空中三角測(cè)量網(wǎng)納入規(guī)定的坐標(biāo)系，同時(shí)對(duì)像片系統(tǒng)誤差進(jìn)行有效地改正?？罩腥菧y(cè)量分為利用光學(xué)機(jī)械實(shí)現(xiàn)的模擬法和利用電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的解析法兩類。模擬法依靠人工選點(diǎn)、轉(zhuǎn)點(diǎn)和在航測(cè)儀器上人工量測(cè)獲得像點(diǎn)像片坐標(biāo)或模型坐標(biāo)；解析法則根據(jù)像片上的像點(diǎn)坐標(biāo)同地面點(diǎn)坐標(biāo)的解析關(guān)系構(gòu)成攝影測(cè)量網(wǎng)的空中三角測(cè)量。建立攝影測(cè)量網(wǎng)和平差計(jì)算等工作都由計(jì)算機(jī)來完成。人工因素正是阻礙攝影測(cè)量向數(shù)字化、自動(dòng)化和實(shí)時(shí)化發(fā)展的難點(diǎn)之一。隨著GPS輔助空中三角測(cè)量和自動(dòng)空中三角測(cè)量的成功研制，加上自動(dòng)粗差探測(cè)技術(shù)，我們已在解析空中三角測(cè)量走向全自動(dòng)化方面奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。另一方面，通過GPS輔助空中三角測(cè)量和全數(shù)字化自動(dòng)攝影測(cè)量的集成，已可使外業(yè)控制到內(nèi)業(yè)加密、快速獲取地面DEM、數(shù)字正射影像與數(shù)字線劃圖的過程更加高效。

2.1.2GPS輔助空中三角測(cè)量

是指利用機(jī)載GPS接收機(jī)與地面基準(zhǔn)點(diǎn)的GPS接收機(jī)同時(shí)、快速、連續(xù)地記錄相同的GPS衛(wèi)星信號(hào)，通過相對(duì)定位技術(shù)的離線數(shù)據(jù)后處理獲取攝影機(jī)曝光時(shí)刻攝站的高精度三維坐標(biāo)，將其作為區(qū)域網(wǎng)平差中的附加非攝影測(cè)量觀測(cè)值，以空中控制取代或減少地面控制，經(jīng)采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型和算法，整體確定點(diǎn)位并對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定的理論、技術(shù)和方法。

采用多片影像匹配自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)技術(shù)取代常規(guī)航測(cè)中像點(diǎn)坐標(biāo)的人工量測(cè)，由GPS動(dòng)態(tài)差分技術(shù)獲取GPS攝站坐標(biāo)，以空中控制取代或減少地面控制，即可使解析空中三角測(cè)量實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。GPS輔助的全自動(dòng)空中三角測(cè)量作業(yè)流程為：

（1）利用機(jī)載GPS接收機(jī)與地面參考點(diǎn)的GPS接收機(jī)同時(shí)、快速、連續(xù)地記錄相同的GPS衛(wèi)星信號(hào)，同時(shí)在機(jī)載GPS接收機(jī)記錄數(shù)據(jù)中加入攝影瞬間的時(shí)標(biāo)信號(hào)。

（2）利用后處理軟件進(jìn)行離線數(shù)據(jù)后處理，內(nèi)插獲得攝影瞬間GPS天線相位中心的三維坐標(biāo)。

（3）利用自動(dòng)空中三角測(cè)量中的多片影像匹配自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)技術(shù)，對(duì)數(shù)字化后的影像進(jìn)行整體影像匹配，獲得較常規(guī)數(shù)量多、精度高、可靠性好的模型連接點(diǎn)的像片坐標(biāo)。

（4）由上所得的GPS攝站坐標(biāo)、連接點(diǎn)像片坐標(biāo)，外加攝影機(jī)數(shù)據(jù)，必要時(shí)加入少量地面控制，進(jìn)行攝影測(cè)量與非攝影測(cè)量觀測(cè)值的聯(lián)合平差，求解加密點(diǎn)坐標(biāo)（物方坐標(biāo)系）或像片定向參數(shù)。

2.2對(duì)土地觀測(cè)的直接定位

GPS在遙感調(diào)查中的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面：

（1）在遙感圖像上識(shí)別出橋梁、河流匯合處以及村莊這些能作為地面控制點(diǎn)的地物，然后到實(shí)地，利用GPS確定每一控制點(diǎn)的實(shí)際位置（經(jīng)緯度等），進(jìn)而對(duì)圖像進(jìn)行幾何糾正和投影變換；

（2）對(duì)圖像上的樣本像元，根據(jù)它們的空間坐標(biāo)，利用GPS進(jìn)行實(shí)地定位，確定樣本像元對(duì)應(yīng)的地面類型，并用于分類。

3　案例分析

3.1測(cè)區(qū)概況

某測(cè)區(qū)1：500測(cè)圖項(xiàng)目距離縣城約40km，交通方便，環(huán)境優(yōu)美。

3.2準(zhǔn)備工作

資料準(zhǔn)備可供利用的多種比例尺地形圖衛(wèi)星遙感影像、航測(cè)像片、航道圖、1：1萬地形圖、1：5萬地形圖、最新交通圖和行政區(qū)劃圖等?，F(xiàn)場踏勘，掌握測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的控制點(diǎn)的分布、狀況和環(huán)境條件等情況。根據(jù)本階段測(cè)量工作的工期要求，對(duì)要使用的測(cè)量儀器設(shè)備提前作好法定的鑒定工作。要使用的測(cè)量儀器設(shè)備提前到位，按規(guī)定進(jìn)行作業(yè)前檢校。

3.3地形測(cè)量

3.3.1首級(jí)控制測(cè)量

（1）平面首級(jí)控制測(cè)量

本工程首級(jí)控制測(cè)量采用GPS測(cè)量，等級(jí)為D級(jí)，困難地區(qū)布設(shè)一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)。利用搜集到的高等級(jí)的國家控制點(diǎn)作為本工程GPS網(wǎng)的起算依據(jù)。測(cè)區(qū)內(nèi)標(biāo)石規(guī)格為頂部 （12× 12）cm、底部（20×20）cm、高60cm，中間嵌入控制測(cè)量標(biāo)志；也可選用在固定巖石、高層建筑物上現(xiàn)場澆灌等方法，并按規(guī)定進(jìn)行整飾，并繪制GPS點(diǎn)點(diǎn)之記。采用邊連式布網(wǎng)形式以靜態(tài)定位的方式進(jìn)行觀測(cè)，網(wǎng)中不存在自由基線。每時(shí)段觀測(cè)時(shí)間平均為60min，困難地區(qū)可以適當(dāng)延長。解算的基線進(jìn)行同步環(huán)檢驗(yàn)、異步環(huán)檢驗(yàn)及復(fù)測(cè)基線檢驗(yàn)，合格后方可進(jìn)行平差。基線解算及網(wǎng)平差均使用泰雷茲導(dǎo)航定位公司的“Ashtech Solutions2.60”軟件。GPS網(wǎng)最弱點(diǎn)位中誤差不大于5cm，最弱邊的相對(duì)中誤差不大于1/40000。使用ASHTECH型靜態(tài)GPS接收機(jī)4臺(tái)及其配套設(shè)施，儀器在使用前必須進(jìn)行常規(guī)檢測(cè)。對(duì)中、整平、量測(cè)天線高，測(cè)出信號(hào)、測(cè)段數(shù)以及天線高的輸入等均嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行。

（2）高程控制測(cè)量

本工程以四等水準(zhǔn)作為測(cè)區(qū)高程控制，以國家三等以上水準(zhǔn)點(diǎn)作為高程起算點(diǎn)。本工程水準(zhǔn)點(diǎn)與導(dǎo)線點(diǎn)共用同一標(biāo)石，全部GPS點(diǎn)均應(yīng)施測(cè)四等水準(zhǔn)，少數(shù)困難GPS點(diǎn)可采用擬合四等高程。四等水準(zhǔn)觀測(cè)使用DSZ2水準(zhǔn)儀配合雙面木質(zhì)水準(zhǔn)標(biāo)尺，采用后-后-前-前的觀測(cè)方法測(cè)定；記錄采用PC-E500計(jì)算機(jī)，對(duì)觀測(cè)中規(guī)范規(guī)定的各項(xiàng)限差事先輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。觀測(cè)前、后對(duì)所用儀器、標(biāo)尺應(yīng)進(jìn)行檢查。外業(yè)數(shù)據(jù)經(jīng)全部檢查無誤后，采用武漢測(cè)繪科技大學(xué)編制的《現(xiàn)代測(cè)量控制數(shù)據(jù)處理軟件包－科傻系統(tǒng)》在微機(jī)上進(jìn)行平差計(jì)算，平差后精度應(yīng)滿足各種規(guī)范要求。

3.3.2加密控制測(cè)量

在首級(jí)控制布設(shè)的GPS網(wǎng)下，采用光電測(cè)距導(dǎo)線和光電測(cè)距三角高程法布設(shè)長度不大于5km的附合導(dǎo)線。導(dǎo)線主要技術(shù)要求如表1。

表1　導(dǎo)線主要技術(shù)要求

3.3.3地形圖地形測(cè)量

地形測(cè)量的范圍由設(shè)計(jì)方確定。圖根控制采用全站儀極坐標(biāo)法布設(shè)，儀器自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。地形測(cè)繪可采用全站儀數(shù)字化測(cè)圖、GPSRTK測(cè)量等方法，成圖軟件為南方CASS7.1成圖軟件。地形測(cè)量的主要技術(shù)要求如下：地形點(diǎn)間距為50m，最大視距長度為700m，等高距為0.5m。

4　結(jié)語

綜上所述，在土地測(cè)繪工作中，GPS和RS技術(shù)已經(jīng)廣泛的運(yùn)用在測(cè)量工作中，有效的提高了測(cè)量精度和效率。為了進(jìn)一步提高測(cè)量精度和避免測(cè)量工作中的問題，將GPS與RS技術(shù)進(jìn)行集成。在遙感技術(shù)運(yùn)用中，運(yùn)用GPS技術(shù)的輔助，大大提高工作效率和精度。

［1］鮑桂葉.GPS技術(shù)在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］.科技資訊，2008 （07）：45～46.

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楊 春（1978-），男，工程師，本科，主要從事國土資源管理技術(shù)服務(wù)工作。

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2095-2066（2016）13-0078-02

2016-3-20