成功案例

渤海海岸带控制点测量及航空遥感影像制作项目

2020-05-28 中勘 24

一、项目基本情况

      2016年度“渤海海岸带控制点测量及航空遥感影像制作”任务 ,是属于中国国土资源航空物探遥感中心子项目“渤海海岸带航空遥感数据获取”的外协项目。项目工作区域位于河北的曹妃甸新区和天津滨海新区地区,地形地貌属于平原,行政区划跨河北省和天津地区,测区面积6497km2,航摄覆盖区域面积8322km2 。

完成控制点测量与数据制作任务如下:

    (1)布设1个航摄地面基准站,进行航空遥感飞行GPS联测和坐标解算,基站联测达到C级点精度;

    (2)检校场布设6个控制点和2个检查点并进行控制点测量,E级网精度;

    (3)精度验证区布设31个检查点并进行测量,一级点精度;

    (4)精度验证区空三加密,进行验证区检查点精度比对,提交比对结果;

    (5)数据制作工作内容:制作满足平面精度1:10000比例尺、高程精度1:50000比例尺的数字高程模型DEM、正射影像图DOM;DOM成图比例尺1:50000共计32幅、面积6497km2,DEM成图比例尺1:50000共计30幅(成图区东南角的图幅J50E009015、J50E009016全水域,无DEM)、面积约6300km2。

    (6)提交项目过程测量数据资料,项目成果报告和自检报告。 

摄区范围和交通图

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二、项目技术线路和技术方法

1、技术依据:

   《全球定位系统(GPS)测量规范》、《IMU/GPS辅助航空摄影技术规范》、《1:5000 1:10000地形图航空摄影测量内业规范》、《1:5000 1:10000地形图航空摄影测量外业规范》等13项国家、行业规范,以及航遥中心的技术设计方案。

2、成果资料的技术规格:

   (1)成果坐标系统:WGS84坐标系,高斯-克吕格投影,3度分带;中央经线分别为117 度、120度。

   (2)DOM影像分辨率:陆域(含岛礁)DOM的影像分辨率0.30m分辨率,海域不作要求。

   (3)DOM精度:数字正射影像图地面分辨率0.3m;1:10000比例尺数字正射影像图平面位置中误差:平地、丘陵地≤5m,山地、高山地≤7.5m;海域不作要求。

   (4)DEM精度:数字高程模型格网尺寸25m;1:50000比例尺数字高程模型格网点对于附近野外控制点的高程中误差:平原≤4m,丘陵≤7m,山地≤11m,高山地≤19m;海域不作要求。

      (5)拼接误差:数字高程模型相邻图幅重叠范围内同一格网点的高程值应一致;数字正射影像图应与相邻影像图接边,接边误差不应大于2个像元。

   (6)数据格式:DOM数据格式为不压缩的GEOTIFF格式,DEM数据数据格式采用tiff格式。

   (7)数据分幅、编号与命名: 参考相关规范,对DEM、DOM成果进行1:50000比例尺矩形分幅,地形图编号采用国家基本比例尺地形图分编号。

3、已有资料的收集利用

(1)收集大地测量资料,主要包括:

     测区附近5个B级、B及以上大地点成果;

(2)航摄资料,由中国国土资源航空物探遥感中心提供,主要包括:

    ① 数码航摄仪获取的影像数据,共39条航线的3325张有效像片;

    ② 测区航摄略图,包括航摄分区划分、航线分布、图幅分幅;

    ③ 测区像片/影像索引图、中心点接合图;

    ④ 辅助航摄资料,包括校正后的摄站点坐标、像片姿态参数等相关的数据或资料和其他有关资料。

(3)其它基础资料

摄区内国家大地点分布和航片像片像主点点位:

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(二)项目生产技术线路

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(三)地面控制点选点与布设

1、航摄基准站

  (1)位于天津市东丽区恒大名都小区东北角小区花园内;

  (2)基准站选址满足四周无高大地物遮挡、无强信号反射环境、无电磁干扰、便于工作等技术要求;

  (3)基准站联测不少于3个已知高等级控制点,联测精度为C级。

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2、检校点布设情况

   (1)检校场位于曹妃甸区滨海镇以南,由两条相邻航线构成、每条航线10个像对;检校场内有明显地物、检校场控制点地面测量方便。

   (2)在每条航线的第3、6、9张航片的5片或6片重叠区域布设、选刺检校点,检校场共布设、联测6个检校点,另在检校场内布设、联测2个同精度检查点,E级测量精度;按照GB/T 13977-2012、GB/T18314-2009中规定的观测方法和要求进行联测。布点图如下: 

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3、精度验证区控制点布设情况

精度验证区选在位于曹妃甸区滨海镇以北区域,由5条航线、每条航线24张航片构成,面积约2个1:5万标准分幅的图幅面积,采用RTK测量方法,一级测量精度。共布设精度验证区检查点24个,点位布设示意图如下:

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为保证数字成果的绝对精度,在保证有足够验证区检查点的条件下在摄区角点位置布设、测量7个平高控制点,采用静态测量方法,测量方法与检校点相同。点位示意图如下:

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(四)地面控制测量和数据处理

    按照GB/T 13977-2012中规定的像片控制测量技术要求,采用GB/T 18314-2009中规定的GPS卫星定位网观测方法,在每个控制点位上实施GPS静态定位测量或RTK测量。观测时拍摄现场照片、做详细的控制点点之记,控制点采用统一编号,流程如图: 

1、地面控制测量方法:

(1)以航摄基站周边的多个B级及以上大地点为起算数据,用静态测量法联测地面基站,联测精度为C级。

(2)检校场、摄区角点建立E级GPS控制网并按E级精度要求进行观测和计算,精度验证区采用RTK测量方法。

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2、观测技术参数:

(1)基准站精度为C级;检校点精度为E级;精度验证区检查点精度为一级。

类别

时段数 

时段长度 

数据采样间隔 

最少卫星数 

PDOP 

高度截止角 

基准站

2

大于10小时 

30 

4 

≤8 

15 

检校点

1

大于1小时 

15 

4 

≤8 

15 

像控点

1

大于1小时 

15 

4 

≤8 

15 

(2)验证区检查点采用RTK测量模式。测量采样间隔2秒、每测回采样数不少于20个历元;测量精度平面残差不大于±0.020米、大地高残差±0.030米;分别完成测量初始化条件下测量4个测回,各测回平面合高程误差均不大于±0.040米条件下取平均值作为验证区控制点的最终坐标成果;在手簿工程文件中进行以上观测设置,开始观测、满足观测精度要求后手簿自动记录测点坐标。 

(3)联测示意图:

基准站联测示意图:

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检校点联测示意图:

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3、GPS数据处理

(1)观测数据检查和格式转换

选用TEQC软件对转换后的RINEX格式数据文件进行质量检查,检查内容包括数据观测时段长、数据的可用率、环境的多路径效应大小等    观测数据转换为标准RINEX数据,满足以下技术要求:

观测时段长

数据可用率 

多路径效应 

达到相应点的规定长度

>80 

<0.5m 

(2)数据处理和网平差

   GPS数据处理采用徕卡GPS商用软件LEICA Geo Office 7.0.0.0版。 

   精度指标:基准站精度为C级;检校点精度为E级。

(3)数据处理步骤:

  基线解算;

  数据检核;

  网平差;

  投影转换;  

(4)平差后提供3°带成果,中央经线分别为117度、120度。成果表包括如下内容:序号、点名、点号、WGS84大地坐标和高斯-克吕格投影坐标,成果取位至0.001m;平差结束后以适当比例尺绘制GPS实测网图,提交网平差报告。 

(五)精度验证区空三加密和精度对比报告

1、加密流程如下:

   (1)数据预处理,包括生成金字塔影像及索引影像;

   (2)影像自动内定向,系统自动对所有影像进行自动内定向,完成后对相对定向结果检查及修改;对自动相对定位失败的像对需要进行人工干预,选择相对定位失败的模型,进行连接点编辑及修改;

   (3)航带初始点提取及全自动航带间转点及数据整理;

   (4)自由网平差。

2、验证区控制点与立体模型内对应点的精度对比:自由网平差合格后在立体模型下测量外业实测点的坐标,与验证区控制点实测坐标进行比对,得到利用检校后POS数据直接进行空三加密的模型实际精度。 

3、精度统计:

   平面中误差:±2.28m ,高程中误差:±2.89m 

   平面最大误差:4.62m ,高程最大误差:4.60m 

(六)航空遥感影像制作

技术流程图

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1、空三加密

步骤:

    (1)加密前应准备好:影像数据、数码航摄的仪器参数、外业控制测量数据等所需的资料。

    (2)空中三角测量使用ImageStation Automatic Triangulation自动空三加密软件,运用光束法区域网平差解算加密点坐标。

    (3)空中三角测量采用自动空三和半自动作业两种方式,加密点量测采用人工观测 ,加密数据平差必须经过光束法平差方能通过。

    (4)空三加密平差成果还需经野外检查点验证无误方可提供下工序使用,提交成果的格式应满足全数字摄影测量系统的要求。

    (5)内定向、相对定向、绝对定向内业加密点对邻近野外平面控制点、高程控制点的精度必须满足相应比例尺的精度要求。

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模型残差:

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检查点精度:

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2、DEM数据制作

    (1)DEM数据制作包括模型定向、采集特征点和线、DEM编辑、生产单模型DEM、DEM 拼接等,生产步骤见右图。

    (2)DEM数据最终提交Tiff格式,利用ARCGIS软件对采集的特征点和特征线数据生成TIN格式数据,并检查其正确性。然后生成25m格网间距的Tiff格式DEM数据,最后按经度15′×纬度10′网格并外扩50m进行裁切。

    成果资料包括:DEM数据成果、元数据文件DEM分幅结合图。 

    (3)DEM数据制作过程中的质量控制,进行数据质量和精度检查。

    (4)自检抽取10个图幅,每个图幅内不少于25个检查点,统计出测区DEM高程中误差:Mh = ±2.04m、最大误差4.54m;

    自检记录附于本项目自检报告内。 

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3、DOM数据制作

   (1)读入原始航空影像,导入空三成果,恢复立体像对。在SSK的ISBR模块下利用加密成果和特征线生成的TIN文件对原始像片进行正射纠正。

   (2)DOM数据制作包括正射纠正、匀色处理、镶嵌与裁切、分区接边、DOM图面检查修改等工作。

   (3)用于数字正射影像几何纠正的TIN/DEM基础数据应满足规定的要求,生产过程中须做正射影像质量检查。

   (4)自检共抽取10个图幅,每个图幅内部少于15个检查点,统计得到点位中误差:Ms= ±1.61m、最大误差4.43m,自检记录附于本项目自检报告内。 

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三、项目完成情况

    以中国国土资源航空物探遥感中心的生产进度为基准,合理安排生产、顺利实现本年度绩效目标。实际实施进度如下:

    1、2016年7月初,完成本摄区的技术设计方案、现场踏勘等工作;

    2、2016年10月初至10月27日,完成航空摄影项目的地面测量、数据处理、平差计算、测量数据质量检查等工作并提交测区全部外业测量资料和成果;

    3、2016年10月28日-2016年11月12日,完成测区1:50000分幅DEM和1:50000分幅DOM数据制作和质量检查工作;

    4、2016年11月30日,完成成果数据整理和技术报告编写工作并提交检查验收。

    完成实物工作量如下:

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影像制作成果接合图 

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四、提交的成果

  • “渤海海岸带控制点测量及影像数据制作”项目技术设计书、项目总结报告、自检报告(经甲方专家验收评审);

  • 约6300km2的数字高程模型DEM数据和1:5万分幅DEM数据(Tiff和矢量格式)及相关接图表资料; 

  • 面积6497km2的正射影像图(影像分辨率0.30m)数据和1:5万分幅的DOM数据(GeoTiff格式)及相关接图表资料;

  • 地面控制测量观测数据、网平差报告、成果数据(电子数据);

  • 控制点点之记。

五、项目组织管理和保障措施

1、合理的项目人员组织和满足项目生产的仪器设备、软件系统

(1)项目组人员25人,其中项目管理和质量管理人员3人、涉密资料管理和安全检查员1人;的外业测量分队8人,完成GPS测量任务;内业生产期间共投入13人。 

(2)内外业生产投入南方S82T型、联想笔记本电脑和台式机、数字摄影测量工作站等仪器设备20台套;莱卡LEICA Geo Office 7.0.0.0、ArcGIS 10.1等软件系统6套;数字摄影测量工作站Imagestation SSK 10套;以及野外工作车辆等。

2、制定质量和进度保障措施:包括外业测量和数据质量保障措施、数据处理与制作的质量保障措施、进度保障措施等。

3、采取严格的安全和保密措施:明确保密管理工作组织与职责、加强资料室的涉密资料管理、计算机网络及移动存储介质保密管理。

六、结语

本项目成果严格按照项目设计要求及相关规定进行作业,成果资料齐全,数学基础准确,精度满足规范和技术设计要求,成果总体质量良好,可提交成果进行验收。

针对本项目工作区域大的特点,采用基于POS(IMU/DGPS)直接定位技术进行数字航空影像制作,布设、测量少量摄区角点和航摄分区接边区域平高控制点,提高数字航空摄影成果资料的精度,在增加极少量项目成本和工作周期的条件下经济效益显著。

渤海海岸带控制点测量及航空遥感影像制作项目是服务于中国国土资源航空物探遥感中心的外协生产项目,航空物探遥感成果作为基础成果资料,作为后续继续开展的海洋地质调查与监测、资源勘探等应用领域的历史响应记录,具有高价值和可持续影响。