东胜摄区IMU/DGPS辅助航空摄影
一、基本概况
1. 任务及主要工作内容
受中国国土资源航空物探遥感中心委托,我公司承担东胜摄区IMU/DGPS辅助航空摄影地面控制点测量任务。
主要工作量为联测两个基站点、一个检校场6个检校点和一个加密样区30个检测点的三维坐标。用于校正IMU/DGPS导航和差分定位的精度,解求外方位元素以及检核最终成图精度。
两个基站点位于陕西省榆林市民航机场。
检校场位于榆林市及其南北郊区一带。布设两条航线,点距航向15km,旁向5km。
验证样区位于陕西省神木县与内蒙古自治区伊金霍洛旗交界处。范围为一个完整的十万图幅,图号10-49-28。
2. 测区自然地理概况
摄区位于内蒙古自治区、陕西省、山西省三省交界地带。南部地处陕北黄土丘陵向草原荒漠过渡区;北部地处毛乌素沙漠北缘,多属丘陵沟壑和半流动沙质区。地势西北高、东南低,平均海拔1000米至1500米。
气候属暖温带和温带半干旱大陆性季风气候,冬长夏短,四季分明。寒暑变化剧烈,气候干燥。日较差大,无霜期短,年日照时数在2740-3100小时之间,年平均气温8℃左右,平均降水390毫米左右,无霜期128天左右。
3. 资料利用情况
3.1 平面控制资料
区内分布有国家GPS_B级网点以及国家Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等三角点,WGS84坐标可作为GPS网的WGS84起算坐标,1980西安坐标系坐标可作为与国家坐标系之间转换的基准坐标。
全区利用的平面控制点如下:
点号 | 等级 | 1980西安坐标 | 备注 | ||||
纵坐标 | 横坐标 | 正常高 | |||||
CLTL | Ⅰ | 4354260.XX | 19381618.XX | 1511.X | 赤老兔梁 | ||
SHJX | Ⅳ | 4324942.XX | 19395549.XX | 1245.X | 红碱西 | ||
SSSL | Ⅲ | 4239371.XX | 19401211.XX | 1281.X | 山神楼 | ||
SLHL | Ⅳ | 4234432.XX | 19386045.XX | 1173.X | 刘合梁 | ||
点号 | 等级 | WGS84大地坐标 | 备注 | ||||
纬度(dd.mmsssssss) | 经度(ddd.mmsssssss) | 大地高 | |||||
GT12 | B | 38.14XXXXXXX | 109.29XXXXXXX | 1191.XXXXX |
3.2 高程控制资料
摄区内分布有国家测绘局第一大地测量队经二期复测的东胜-绥德Ⅰ等水准路线,作为水准联测的起闭点。
全区利用的水准点如下:
点号 | 点名 | 正常高 | 点号 | 点名 | 正常高 |
BY45 | Ⅰ包榆45 | 1117.XXX | DS51 | Ⅰ东绥51 | 1104.XXX |
BX42 | Ⅰ包咸42 | 1327.XXX | BX43 | Ⅰ包咸43 | 1322.XXX |
BX46 | Ⅰ包咸46 | 1315.XXX | BX48 | Ⅰ包咸48 | 1238.XXX |
BX50 | Ⅰ包咸50 | 1256.XXX | BX66 | Ⅰ包咸66 | 1120.XXX |
BX72 | Ⅰ包咸72 | 1060.XXX | BX73 | Ⅰ包咸73 | 1074.XXX |
4. 工作进度及投入设备
本项目投入1个GPS测量小组、2个水准测量小组,组成13人的测量分队,分头完成GPS控制测量和水准联测任务。
投入的主要设备有:
设备及软件名称 | 型号/版本 | 数量 | 精度指标 | 用途 | |
1 | GPS接收机 | TRIMBLE 5700 | 4 | 5mm + 0.5ppm RMS(H) 5mm + 1 ppm RMS (V) | GPS测量 |
2 | 水准仪 | DS3 | 2 | ±2mm / Km | 水准测量 |
3 | 笔记本电脑 | Benq | 2 | P4 系列 | 内业计算 |
4 | TGO 软件 | V1.62 | 1 | GPS数据处理 | |
5 | NASE平差软件 | V3.0 | 1 | 水准计算 | |
6 | 吉普车 | BJ2024 | 1 | 运输 |
二、主要技术依据
1.作业依据
a、GB12341-90《1:25000、1:50000、1:100000地形图航空摄影测量外业规范》;
b、GB 12340-90《1:25000、1:50000、1:100000地形图航空摄影测量内业规范》;
c、GB/T 18314-2001《全球定位系统(GPS)测量规范》;
d、《GPS辅助航空摄影技术规定(试行)》,国家测绘局;
e、《1:10000、1:50000地形图IMU/DGPS辅助航空摄影技术规定(试行)》,国家测绘局;
f、GB 12898-91《国家三、四等水准测量规范》;
g、CH 8016-95《全球定位系统(GPS)测量型接收机检定规程》;
h、CH 1002-95《测绘产品检查验收规定》;
i、CH 1003-95《测绘产品质量评定标准》;
j、本项目专业技术设计书。
2. 坐标系统和高程基准
GPS测量采用WGS84大地坐标系。
平面坐标系统采用1980西安坐标系。
高程系统采用1985国家高程基准。
控制点坐标提供WGS84和1980西安坐标系两套成果。高程基站点提供四等水准高程,检校点和15个检测点提供等外水准高程,其余15个检测点提供CQG2000高程成果。
三、工作方法技术
1. 地面控制点的布设
1.1 基准站
两个基站点均位于榆林市民航机场。以四个字符编号,前两个字符以摄区名称“东胜”第一个拼音字母“DS”表示,后两个字符以阿拉伯数字序号表示,如 DS01、DS02分别表示基站点1和基站点2。
基站点均填写点之记,布设固定标志,并在实地用油漆喷涂点名。
基站点均按北方向为上拍摄了点位数码像片。
1.2 检校点
检校场位于榆林市及其南北郊区一带。点名按4个字符编号,前两个字符以检校场所在地“榆林”第一个拼音字母“YL”表示,后两个字符以阿拉伯数字序号表示,如 YL01、YL02、YL03、YL04、YL05、YL06表示检校场的1号点、2号点、3号点、4号点、5号点、6号点。检校点选择成像清晰明显、利于航片内业判读的明显地物进行实地判刺并打木桩或钢钉作标记。
检校点均按北方向为上拍摄点位数码像片。
1.3 检测点
验证样区位于陕西省神木县与内蒙古自治区伊金霍洛旗交界处。范围为一个完整的十万图幅,图号10-49-28。检测点按4位字符编号,从JC01、JC02、JC03一直编到JC30。
在航摄影像上清晰明显,利于航片内业判读的地方均匀布设检测点30个。检测点实地判刺并打钢钉或木桩。
检测点均按北方向为上拍摄点位数码像片。
2. 检校点和检测点的整饰
刺点均在像片背面进行整饰。高于地面的刺点目标量注顶部与地面的比高至0.1米,且在像片反面整饰中加以说明。选择在陡坎等地物边缘的点,在像片反面整饰注明刺点在坎上或坎下,并量注比高至0.1米,在反面整饰中注明。
像片的刺点误差小于像片上0.1mm,刺孔直径小于0.1mm,并要刺透。刺偏时换片重刺,不允许有双孔。全部像控点经第二人实地检查。
像片正面用直径7mm,线划粗为0.2mm的红色空心圆圈表示点位,在空心圆圈下边注明点号,像片的反面实地绘制点位略图,说明刺点位置。略图大小为2cm×2cm。像片反面整饰一律用铅笔,形状和大小与正面相同。做到点位、略图、说明三者一致。
刺点者、检查者均在像片反面签名。
3.控制点平面测量
3.1 野外观测
控制点平面位置测量使用Trimble 5700按静态定位和快速静态定位模式观测。在控制点上严格对中整平接收机,使每点对中误差小于3mm,观测前后量取天线高各一次,取其平均值作为天线高度并作相应记录。
联测中基站点和检校点单独组网观测,检测点单独组网观测,最后两网进行连接,全网共联测GPS_B级点1个、大地点4个。
控制点组网观测时满足以下要求:
时段数 | 时段长度 | 数据采样间隔 | 最少卫星数 | 卫星截止高度角 |
1 | ≥2小时 | 15秒 | 4颗 | 5度 |
两网连接时满足以下要求:
时段数 | 时段长度 | 数据采样间隔 | 最少卫星数 | 卫星截止高度角 |
1 | ≥4小时 | 15秒 | 4颗 | 5度 |
基站点和检校点组网联测见下图:
检测点组网联测见下图:
全网联测见下图:
3.2平差计算
将野外观测数据检查无误后,使用随机Trimble Geomatics Office v1.62软件进行基线解算,并全面分析基线质量,然后将全部选用的基线在WGS84坐标系中进行无约束平差,检查GPS网的内符合精度,对不可靠或质量低的基线进行补测,待无约束平差合格后进行二维约束平差,并输出各项精度指标。其结果见《东胜摄区GPS控制网平差报告》。
4. 控制点高程测量
两个基站点联测了四等水准高程,6个检校点和15个加密样区检测点进行了等外水准联测。其余控制点的高程采用CQG2000成果计算其高程。
4.1四等水准测量
四等水准测量按附合路线施测。由于点位分散,相距较远,根据水准点分布情况分别进行单个或多个点的水准测量,就近选取高等级水准点作为起闭点。两个基站点以及路线上两个检校点联测了四等水准高程。四等水准观测时满足以下要求:
等级 | 附合路线长度(km) | 视线长度(m) | 前后视距较差(m) | 前后视累积差(m) | 视线高度 | 红黑面读数差 (mm) | 红黑面高差较差(mm) | 检测间歇点高差的差 (mm) |
四等 | 80 | ≤100 | ≤3 | ≤10 | 0.3 | ≤3 | ≤5 | ≤5 |
本摄区施测的四等水准路线如下:
路线号 | 起点 | 路线点 | 闭合点 |
1 | Ⅰ包咸73 | YL03、YL06、DS01、DS02 | Ⅰ包咸72 |
4.2 等外水准测量
对检校场4个检校点、加密样区15个检测点联测了等外水准,等外水准以附合路线或节点网的形式施测。等外水准观测时满足以下要求:
等级 | 附合路线长度(km) | 视线长度(m) | 前后视距较差(m) | 前后视累积差(m) | 视线高度 | 红黑面读数差 (mm) | 红黑面高差较差(mm) | 路线闭合差 |
等外 | 40 | ≤100 | ≤20 | ≤100 | 0.3 | ≤4 | ≤6 | ±40 |
本摄区施测的等外水准路线如下:
路线号 | 起点 | 路线点 | 闭合点 |
1 | Ⅰ东绥51 | YL02、YL05 | Ⅰ包咸66 |
2 | Ⅰ包榆45 | YL01、YL04 | Ⅰ包咸66 |
3 | Ⅰ包咸50 | JC05、JC04 | Ⅰ包咸48 |
4 | Ⅰ包咸48 | JC06、JC07、JC13、JC12、JC11 | Ⅰ包咸46 |
5 | Ⅰ包咸43 | JC18、JC19、JC20、JC22 | Ⅰ包咸42 |
6 | Ⅰ包咸42 | JC23、JC28、JC27、JC29 | Ⅰ包咸42 |
东胜基站与检校场水准联测路线如下:
验证样区水准联测路线如下:
4.3 CQG2000成果
对加密样区15个检测点的高程,根据其WGS84坐标利用CQG2000数据解算其高程。其成果如下:
点号 | 纬度 | 经度 | 大地高 | 正常高 | 高程异常 |
JC01 | 39.015543703 | 109.280021724 | 1277.177 | 1307.345 | -30.168 |
JC02 | 39.022483120 | 109.333108228 | 1283.051 | 1312.724 | -29.673 |
JC03 | 39.020592565 | 109.375708829 | 1379.492 | 1408.969 | -29.477 |
JC08 | 39.072236101 | 109.295507470 | 1334.341 | 1364.319 | -29.978 |
JC09 | 39.061622906 | 109.345371590 | 1280.256 | 1309.764 | -29.508 |
JC10 | 39.065827891 | 109.391996727 | 1256.443 | 1285.907 | -29.464 |
JC14 | 39.071222681 | 110.001791477 | 1247.121 | 1275.402 | -28.281 |
JC15 | 39.124513567 | 109.281159498 | 1373.313 | 1403.422 | -30.109 |
JC16 | 39.122579592 | 109.340336351 | 1389.464 | 1419.064 | -29.600 |
JC17 | 39.115149326 | 109.401153717 | 1308.747 | 1338.126 | -29.379 |
JC21 | 39.113336548 | 110.010330713 | 1291.044 | 1319.258 | -28.214 |
JC24 | 39.192384969 | 109.282669585 | 1335.472 | 1365.469 | -29.997 |
JC25 | 39.190118399 | 109.340212045 | 1386.489 | 1415.925 | -29.436 |
JC26 | 39.195178362 | 109.395649019 | 1476.920 | 1506.175 | -29.255 |
JC30 | 39.185875281 | 109.581983373 | 1325.457 | 1353.763 | -28.306 |
4.4 记簿要求
水准测量采用手工记簿的方式记录并严格按相应的作业规范执行。当水准路线分别记于不同的手簿时,在备注栏内注记“后转”和“前接”。
4.5 平差计算
水准测量的高差不加标尺长度误差改正和正常水准面不平行改正。高程测量的数据采用清华大学NASEW软件严密平差。成果为1985国家高程基准高程,计算中的数值取位按相应规范执行,最终成果取至小数点后三位。平差成果见《东胜摄区四等水准网平差报告》和《东胜摄区等外水准网平差报告》。
四、控制点的精度统计
1. 平面精度
X方向 | Y方向 | Ms | |
最大水平误差 | 0.013m | 0.009m | 0.016m |
2. 高程精度
等级 | 最大点位误差 | 最大点间误差 |
四等 | 0.011m | 0.008m |
等外 | 0.042m | 0.034m |
五、提交成果资料
1、IMU/DGPS辅助航空摄影地面控制点测量技术设计书;
2、IMU/DGPS辅助航空摄影地面控制点测量技术总结报告;
3、观测数据资料检查报告;
4、基准站GPS观测数据(包括原始数据和RINEX数据);
5、基准站点之记、观测手簿;
6、检校场控制点GPS观测数据(包括原始数据和RINEX数据);
7、检校场控制点GPS点之记、观测手簿;
8、检测点GPS观测数据(包括原始数据和RINEX数据);
9、检测点GPS观测手簿;
10、航摄外业测量刺点片1份(包括:检校场控制点和检测点);
11、摄区测站信息表;
12、联测国家大地点的GPS观测数据(包括原始数据和RINEX数据);
13、联测国家大地点坐标成果、GPS观测手簿;
14、联测国家大地点的GPS计算数据成果(包括基准站、部分检测点的WGS-84坐标系和1980西安坐标系平差成果);
15、平面联测网图;
16、水准联测记录手簿;
17、水准联测计算及成果(包括检核和平差计算);
18、水准网平差报告;
19、水准路线图;
20、GPS控制网平差报告;
21、基准站、地标点、检校场控制点、检测点坐标成果(WGS-84坐标系、1980西安坐标系);
22、设备检定资料(IMU/DGPS、GPS、水准仪、全站仪等);
23、基站点、检校点、检测点数码相片。