成功案例

第二次全国土地调查底图生产 吉东工作区(B05)

2020-06-28 中勘 5

一、项目来源

国务院第二次全国土地调查领导小组批准的《第二次全国土地调查总体方案》规定,国家统一制作第二次全国土地调查底图。中国国土资源航空物探遥感中心承担吉东测区(B05)分包底图制作项目,该项目应用SPOT5高分辨率遥感卫星图像制作1:1万土地利用调查底图,是全国土地调查底图制作工作的组成部分。北京勘察技术工程有限公司受航遥中心委托,承担工作区卫星影像地面控制点测量任务,主要内容是采用GPS测量技术,实地测量地面控制点的三维坐标,为遥感图像数字纠正提供纠正控制点。

二、工作区概述

工作区位于吉林省东部地区,西起辽源—吉林—舒兰一线,东至鸭绿江—图们江,与朝鲜人民民主主义共和国接壤;南起辽宁省西丰—新宾—桓仁一线,北至黑龙江省牡丹江市辖区,工作区面积10.2万K2

工区范围内地形较为复杂,地势西低东高。西部为平原区,海拔约350米,中部为丘陵地区,东部为长白山山脉,海拔约1300米。中东部山区为我国著名林木农场,林木茂盛,道路崎岖,大部分林场人烟稀少,无移动通讯信号。与朝鲜接壤的边境地区限制通行。工作区属我国东北经济欠发达地区,交通、通讯不便,以上因素不利于GPS外业施工。

工作区气候属于典型的温带大陆性气候,冬季漫长寒冷,夏季时短凉爽,春秋季多风,年平均气温在5℃—8℃左右,一月份最低气温-25℃。区内每年12月至3月普降大雪,地面积雪多在10公分以上,除主要道路外,山区道路大部分不能通行。

三、作业技术依据

(一)执行技术标准

1. 《第二次全国土地调查底图生产技术规定》 国务院第二次全国土地调查领导小组办公室制定(以下简称《技术规定》);

2. TD/T 1014-2007 《第二次全国土地调查技术规程》;

3. GB/T 18314-2001《全球定位系统(GPS)测量规范》;

4. 经审批的本项目技术方案。

(二)数学基础

1. 平面坐标系统

采用1980西安坐标系。

2. 投影方式

采用高斯-克吕格投影横坐标加带号);

3°分带。

3. 高程系统

采用1985国家高程基准。

(三)主要技术指标

控制点测量精度指标:

GPS野外实测控制点相对邻近国家等级控制点的点位平面位置误差不大于0.5,高程误差不大于0.5,困难地区可放宽1倍。

控制点布设要求:

GPS野外实测控制点的点位应均匀分布,控制区域大于工作区范围,每景控制点数量在9-15个之间,山地应适当增加控制点。

相邻景重叠区应选取不少于3个公共点。

 

四、外业GPS测量

(一)作业概况

委托方分5次提供影像数据:

2007年11月 日提供SPOT5卫星影像  景;

12月 日提供  景,月 日提供  景;

12月 日提供  景,月 日提供  景;

2008年1月 日提供SPOT5卫星影像 景;

2月 日提供SPOT5卫星影像 景;

根据影像数据提供情况,外业施工分两阶段完成,第一阶段于2007年11月6日进场,11月25日收队。本次测量中建立参考站点24个,联测国家大地点5个,完成44景计357个控制点的测量任务

进入12月下旬,由于大雪封山,车辆通行困难,本项工作因此中断。

 

图片关键词

 

1 2007年12月中旬测区降雪情况

  第二阶段于2008年3月  日进场,月  日收队,完成9景计   个控制点的测量任务。

 

(二)资源配置

1、人力资源配置

外业测量分队由17名技术人员组成,其中测绘工程师5人,测绘助理工程师8人,测量工人4人,分9个测量台班(含参考站台班)作业。

2、投入仪器设备

本次测量工作投入Trible 4000SSE双频GPS接收机9台、笔记本电脑三台、吉普车7辆。

使用的Trible 4000SSE双频GPS接收机在投产前进行过专业鉴定,全部为合格仪器,仪器设备在使用过程中工作正常。仪器鉴定情况见附件1“GPS仪器鉴定表”。

 

(三) 参考站控制网布测

     由于工区面积较大,为了保证数据采集质量,实测过程中限制参考站之间、参考站与大地点之间的边长最大不超过100K,又兼顾实际工作中参考站与移动站之间的联络等因素,全工区共联测参考站点22个,大地点5个。

联测前制定了详细的联测方案,采用“边”传递法联网,即每一个新联测的点都与原网有两个边连接,这样整个控制网由诸多三角形连结而成,有利于提高控制网的图形强度,进而提高控制网的精度。实际联测中,参考站之间、参考站与大地点之间均观测一个时段,观测时间均超过2个小时;数据采集设置为:采样间隔15S,最小卫星数4颗,卫星截止高度角15度。

参考站控制点联测图如下:

 

图片关键词


2 参考站GPS控制网图

 

 

(四)大地点联测

 网中联测1980坐标系国家大地点5个,点名为白虎山、马圈沟西山、人砬子、闻家沟、西元宝顶子。经检测认为大地点的平面精度较好,高程精度稍差。大地点分布在测区外围,能控制整个测区。

为获取控制点的WGS84坐标,委托国家基础地理信息中心利用长春连续跟踪站,推算G004、G005两点的WGS84坐标。并以G004、G005为起始点,求得网中其余各点的WGS84坐标。

(五) 控制点测量

     1、控制点编号

参考站控制点因数量较少,采用四位编码,从G001、G002,到G022。大地点的编号采用点名 。

控制点采用统一编号,采用“标段号”+“四位流水号”形式。即“B05”+“XXXX”,如B050001、B05002,依次类推。

2、控制点观测

采用双参考站式的布网形式,即在每一天开工前,有两台接收机预先安置在两个参考站上作为固定站,约定同时开机,其他接收机作为施测影像控制点的移动站,分别围绕两个参考站进行同步观测。这样每个移动站均与两个参考站形成一个同步环。实测中由于移动站受地形、地物等因素影响,个别边可能只与其中一个参考站形成固定解,而与另一参考站未能形成固定解,但它却和另一个与两个参考站形成同步环的移动站有相同观测时间并有固定解,那么它因有两个边有固定解而并入GPS网平差,同样有较好精度,如图所示:

图片关键词

3 双基站观测方式

 

控制点观测时段长一般为60-90分钟,个别点因基线边较短或卫星状况良好,观测时间为50分钟。

3、现场拍照和绘制点之记

外业作业中,作业员参照地形图及打印影像图图上预先布点位置经实地判定后,架设仪器,开机正常后,作业员依次拍摄数码照片、填写观测手簿和绘制点之记。实地拍摄照片时,作业员统一按面北背南站立拍摄,即镜头指向北方向。观测手簿及点之记采用统一格式,记录清晰整齐,草图易懂明了。

测站点位信息表示例:

工作区

B05区

所在辖区

梅河口市

控制点号

B00001

图幅号

298-263(8)

控制点类型

纠正点

北坐标


东坐标


高程

 


高程坐标系类别

1985国家高程基准

平面坐标系类别

1980西安坐标系

影像类别

SPOT5

影像时像

2006年10月10日

控制点等级

E级控制点

控制点精度

0.5m

座落

海龙镇常家村

测量单位

航测遥感中心

GPS测量日期

2007年12月10日



备注

控制点图

形图像

 

图片关键词


 

 

 

 

 

 

 

图片关键词


交通情况和点位描述

此点位于海龙镇至梅河口市途径的常家庄村路口的交叉口处。高程量至路面。

制表时间

20071210

4 控制点测站信息文件示例

五、GPS数据处理

(一)基线处理

     在计算机导入了GPS接收机观测数据后,内业计算人员对照观测手簿及时对数据进行检查,检查的项目包括:参考站点名、控制点点号、天线高、观测时段(时间)等。如发现不符,及时与作业员核对,这样可避免计算时发生错误。

基线处理中,卫星高度角一般取≤15°,PDOP≤8 。对小于100K的基线边,通过自动处理或手动干涉处理,使每条基线边具有双差固定解。对超过100K的基线边,部分采用了浮动解。当基线边自动解算不能得到固定解时,进行了手动处理,使其具有最佳解。

基线的质量检验是通过RATIO、PDOP、RMS三个指标来评价的,本工区绝大部分基线的RATIO>3、PDOP<8、RMS<0.1。

 

(二)网平差计算

1、1980西安坐标系成果计算

平差选用商用Trimble Geomatics Office V1.63软件,先对控制网进行自由网平差,检验网的内符合精度,对超限的闭合环进行分析,剔除由于点号输入错误等造成的粗差。之后利用5个1980大地点成果,对参考站控制网做约束平差。平差基准选取1980西安坐标系,平差后输出网中各点的网格坐标、大地坐标、平差后的观测值、观测值的协方差项等内容,详见“GPS控制网平差报告”。

参考站控制网的平面坐标及精度见下表:                 单位:米

P

X

Mx

Y

My

Ms

H

Mh

G001

4572160.150

0.016

444817.168

0.016

0.023

260.177

.137

G002

4615820.346

0.015

479673.782

0.014

0.021

407.387

.132

G003

4641716.666

0.014

532413.390

0.014

0.020

475.689

.131

G004

4694696.750

0.016

565828.238

0.014

0.021

580.337

.130

G005

4730500.079

0.019

580968.607

0.015

0.024

432.677

.135

G006

4758473.078

0.018

589258.739

0.014

0.023

299.504

.123

G007

4765523.615

0.032

813041.968

0.030

0.044

126.383

.145

G008

4757279.228

0.034

854937.746

0.033

0.047

71.756

.145

G009

4754802.596

0.029

774713.752

0.026

0.039

233.925

.138

G010

4814861.222

0.032

795718.748

0.028

0.043

241.413

.139

G011

4718059.539

0.024

690880.014

0.021

0.032

576.104

.133

G012

4778107.563

0.026

736031.888

0.023

0.035

360.169

.133

G013

4804403.899

0.025

682595.883

0.020

0.032

526.299

.130

G014

4760819.307

0.025

705443.744

0.022

0.033

596.609

.134

G015

4847417.966

0.026

672622.866

0.019

0.032

395.223

.130

G016

4843969.018

0.025

608231.474

0.018

0.031

302.342

.140

G017

4843697.345

0.022

608032.923

0.015

0.027

311.733

.110

G018

4852980.934

0.020

545407.107

0.014

0.024

206.511

.110

G019

4794442.927

0.019

501306.553

0.014

0.024

282.623

.128

G020

4723654.601

0.016

487318.383

0.013

0.021

334.800

.128

G021

4734344.984

0.023

395804.246

0.019

0.030

228.062

.160

G022

4647076.260

0.020

631810.369

0.019

0.028

829.356

.132

白虎山

4770350.962

0.000

885907.939

0.000

0.000

476.546

.180

马圈沟西山

4543717.920

0.000

459928.250

0.000

0.000

587.732

.189

人砬子

4853649.551

0.000

550267.532

0.000

0.000

456.955

.000

闻家沟

4720656.823

0.000

387915.507

0.000

0.000

321.341

.163

西元宝顶子

4945307.654

0.000

673490.468

0.000

0.000

711.081

.076

网中最弱点G008,点位中误差0.047米。

最弱高程点马圈沟西山,高度(椭球高)中误差0.189米。

全网共有66个闭合环,闭合环精度统计见下表:


长度

D水平

D垂直

PPM

通过/失败指标


.030m

.050m


最佳


.000m

.000m

0.014

最差


.063m

-.180m

1.418

平均闭合环

226357.132m

.011m

-.005m

0.202

标准偏差

59636.365m

.012m

.055m

0.319

 

2、WGS84坐标系成果计算

利用已有WGS84成果的G004、G005两点为起始点,对参考站控制网进行整体平差,得出其余各点的WGS84坐标。

平差计算结果如下:

P

B

DB

L

DL

H

DH 

FIX

G001

41°16'56.76897"N

.029m

125°20'33.79727"E

.022m

264.735m

.046m


G002

41°40'37.80442"N

.021m

125°45'26.36851"E

.016m

412.524m

.040m


G003

41°54'35.67713"N

.013m

126°23'31.59518"E

.010m

481.761m

.031m


G004

42°23'05.11544"N

.000m

126°48'02.93342"E

.000m

586.941m

.000m

BLH

G005

42°42'20.10291"N

.000m

126°59'22.99778"E

.000m

439.510m

.000m

BLH

G006

42°57'23.13215"N

.012m

127°05'43.17716"E

.008m

306.432m

.044m


G007

42°57'38.68366"N

.036m

129°50'16.37711"E

.036m

137.406m

.060m


G008

42°52'06.24626"N

.040m

130°20'41.12807"E

.042m

83.560m

.060m


G009

42°52'45.06631"N

.030m

129°21'49.51958"E

.030m

244.265m

.051m


G010

43°24'39.10554"N

.038m

129°39'08.54540"E

.033m

252.031m

.052m


G011

42°34'27.30143"N

.019m

128°19'34.73238"E

.019m

584.974m

.029m


G012

43°06'05.84369"N

.028m

128°54'02.87768"E

.025m

369.755m

.051m


G013

43°21'10.41051"N

.025m

128°15'13.23460"E

.019m

534.857m

.050m


G014

42°57'18.21844"N

.023m

128°31'08.68048"E

.021m

605.666m

.052m


G015

43°44'31.67676"N

.030m

128°08'39.94217"E

.021m

403.519m

.056m


G016

43°43'23.88299"N

.026m

127°20'40.75746"E

.018m

309.454m

.065m


G017

43°43'15.18707"N

.025m

127°20'31.69291"E

.018m

318.848m

.061m


G018

43°48'39.30715"N

.023m

126°33'56.92948"E

.020m

212.452m

.057m


G019

43°17'07.57881"N

.016m

126°01'03.21708"E

.018m

287.850m

.052m


G020

42°38'53.27911"N

.012m

125°50'48.49484"E

.014m

339.895m

.039m


G021

42°44'14.69688"N

.024m

124°43'44.51156"E

.028m

231.427m

.079m


G022

41°56'52.11441"N

.013m

127°35'27.78779"E

.014m

837.264m

.026m


白虎山

42°58'14.44286"N

.045m

130°43'53.43344"E

.047m

488.889m

.098m


马圈沟西山

41°01'38.02240"N

.033m

125°31'29.79863"E

.026m

592.608m

.104m


人砬子

43°48'59.83654"N

.028m

126°37'34.61033"E

.023m

462.929m

.124m


闻家沟

42°36'47.23357"N

.027m

124°38'07.51014"E

.030m

324.581m

.082m


西元宝顶子

44°37'20.15422"N

.066m

128°11'15.06042"E

.049m

719.221m

.819m


 

3、控制点平差计算

以参考站控制点点成果为基础,

由于控制点数量较多,加之内业急需控制点成果,因此在完成参考站控制网联测后,根据作业进度,对控制点采取了分快平差计算的方法。全区共分为  区快,平均每个区块约  个点。例如以12月15日为单位区块联测示意图如下:

图片关键词

5 以12月15日为单位的控制点联测示意图

 

平差计算结果如下表:

 

P

B

DB

L

DL

H

H

FIX

G022

41°56'52.49454"N

.000m

127°35'22.62779"E

.000m

829.356m

.000m

BLH

B050346

41°39'51.83709"N

.009m

127°25'21.58178"E

.006m

913.582m

.017m


B050349

41°31'48.83236"N

.016m

127°11'07.17807"E

.011m

463.277m

.040m


G011

42°34'27.70998"N

.000m

128°19'29.53183"E

.000m

576.090m

.016m

BL

B050365

41°43'51.33880"N

.008m

128°05'43.34643"E

.006m

1291.699m

.023m


B050367

41°36'11.80901"N

.016m

128°07'51.23688"E

.010m

988.164m

.026m


B050347

41°42'37.20475"N

.020m

127°46'43.07302"E

.013m

1648.837m

.038m


B050343

41°49'46.73039"N

.014m

127°28'54.46468"E

.010m

834.588m

.026m


B050345

41°43'31.12780"N

.018m

127°07'49.06034"E

.013m

831.140m

.040m


B050342

41°52'06.80808"N

.028m

127°11'25.67518"E

.021m

627.812m

.056m


B050350

41°29'40.59825"N

.025m

127°22'06.17295"E

.015m

878.318m

.046m


 

控制点的WGS84坐标也采用上述方法求得。

(三)高程改算

利用CQG2000似大地水准面成果对WGS84椭球高进行改算,将其转换1985高程基准下的正常高。CQG2000似大地水准面成果由国家基础地理信息中心提供。

高程改算的结果如下:

(信息中心尚未提供CQG2000数据)

 

 

 

 (四)提交成果资料

提交成果资料包括:

——GPS外业测量技术设计书

——GPS实测控制点点之记及点位照片

——GPS实测控制点点位分布联测略图

——GPS实测控制点平差精度(1980西安坐标)

——GPS实测控制点坐标成果:1980西安坐标和WGS84坐标

——GPS外业测量技术总结报告

 

六、GPS测量质量控制

本项目作业过程中采取了以下质量控制措施:

1. 本项目设三级质量管理机构,作业小组负责对测量成果进行自检,作业分队负责对成果进行全面检查,公司总公办负责对测量成果进行初步验收,验收合格后提交委托方进行检查。

2. 参加项目的作业人员有丰富的工作经验,外业测量人员、内业数据处理人员和质检工程师均具备相应的技术能力。

3. 在生产准备前期,对参与生产的作业人员、检查人员、技术管理人员,都进行了岗前培训和技术交底,全部工作人员熟悉作业工艺流程和关键技术环节。

4. 投入使用的九台GPS接收机是国外知名厂家生产的高精度仪器,投产前委托专业机构进行了鉴定,合格后方投入使用。数据处理使用的Trimble Geomatics Office V1.63软件是国内主流的商用处理软件,功能强大、解算质量可靠。

5. 按照作业组自查、分队实行过程检查、公司实行最终检查的分级质量控制程序,填写了检查记录表,做到了工序成果的标准性和统一性,各工序成果移交时认真填写了工序交接表。

6.技术管理人员和质量检查人员对作业全过程进行指导和检查,及时解决生产中出现的问题并消除问题隐患。

7、外业人员和内业技术人员及时沟通,对内业人员发现的问题,外业及时查找和处理。

 

七、结论和建议

(一)结论

1、本项工作经过17名技术人员的努力,历时 月,完成了50SPOT5影     个地面控制点的测量任务,完成了合同书规定的全部任务。

2、采用的作业方案符合“规程”要求,外业采集的数据质量可靠,数据处理和平差计算结果正确,所提交的资料齐全。控制点成果可提交内业制图使用。

3、项目采用“整体建网、分块平差”的作业模式,在不降低精度的前提下加快了资料提交的进度,符合“二调”制图工作周期短、时间紧的要求,对类似工作有可借鉴之处。

(二)建议

 1、建议在今后类似测量工作中引入快速静态测量技术以提高作业效率,引入PPP(精密单点定位)技术以解决WGS84坐标基准问题。

2、本项目采用数码拍照技术对控制点位置进行描述,此方法方便快捷,简单明了,但设计书同时又要求手工绘制点之记,两项工作有重复之处,建议在今后类似工作中省去手工绘制点之记的要求。