成功案例

哈密超级实验场地面控制测量及遥感影像图制作

2020-06-29 中勘 6

一、基本概

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,北京中勘迈普科技有限公司承担了资源能源勘探星载遥感超级实验场研究地面控制测量及遥感影像图制作任务。本项目的任务是利用载波相位差分GPS定位技术开展黑山口幅(15万)区域(约400km2)的15000比例尺外业控制测量,建立试验场区高精度几何控制点本底,为多源遥感影像数据处理提供高精度的地理定位

外业地面测量和数据处理的主要工作内容有:

a. 根据1:5万地形图,按照World ViewII遥感影像纠正所需控制点密度,在地形图上完成控制点及地标点选点设计;

b. 实地踏勘确定所选择点位;

c. 永久性地标点、控制点制作及点桩埋设;

d. 采用GPS载波相位静态或快速静态定位技术,实测纠正控制点的三维坐标,现场拍照、填写控制点点之记。

e. 联测国家高等级控制点,利用国家高等级控制点进行坐标转换;

f. 依据联测的控制点高程坐标利用CQG2000或EGM2008似大地水准面成果进行高程改算;

g. GPS网整体平差,最终提供控制点国家2000大地坐标系(或WGS84)及1954北京坐标系平面坐标、1985国家高程基两套坐标。

h. 利用外业实测控制点,完成测区WorldviewⅡ影像的纠正、分幅、整饰处理,制作测区1:1万正射影像图。

测区范围如下图:

图片关键词

1-1 测区范围示意图

2. 测区概况

测区位于新疆维吾尔自治区哈密地区东南,距哈密市区约120Km。涉及1:5万地形图1幅,覆盖面积21.3Km(东西)×18.4(南北)计392Km2

考虑遥感影像纠正的需要,外业控制点布设覆盖范围应沿测区边界外扩0.9Km,实际测绘范围为23.1Km(东西)×20.2(南北)计467Km2 

3. 投入设备

    为保证项目质量,公司由工程部负责人牵头成立项目组,外业测量投入了由12名测量技术人员组成的测量中队,分3个外业测量小组、1个数据处理小组和1个质检小组同时作业。

本项目投入的主要设备有:

1-1 项目投入主要设备

序号

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

5800

3

5mm + 0.5ppm RMS(H)

5mm + 1 ppm RMS  (V)

GPS测量

2

GPS接收机

南方测绘S82T

3

5mm + 0.5ppm RMS(H)

5mm + 1 ppm RMS  (V)

GPS测量

3

笔记本电脑

DELL

2


内业计算

4

TGO 软件

V1.63

3


GPS数据处理

5

越野车

长城

3


测量交通车

6

卡车

东风

1


材料运输

4. 工作进度情况

1. 2011年04月16日——2011年04月30日   编写任务技术设计书;

2. 2011年05月01日——2011年05月31日   设计评审;

3. 2011年06月01日——2011年06月15日   进场准备(仪器检校、人员培训、基础资料整理);

4. 2011年06月16日——2011年08月15日   实地踏勘、点位选定、GPS控制点标石制作及标石埋设。地标点GPS控制点观测;

5. 2011年08月16日——2011年09月20日   计算、平差、DEM制作、高程点拟合计算。World View II图像纠正,图像处理、精度分析

6. 2011年09月20日——2011年10月15日   成果资料分析,编写技术报告总结;

7. 2011年10月16日——2011年11月15日  提交资料、项目验收。

 

二、主要技术依据

1. 作业依据

(1)1:500 1:10000地形图航空摄影测量外业规范》 GB/T 13977—1992;

(2)《1:5000 1:10000地形图航空摄影测量内业规范》 GB/T13990—1992;

(3)《全球定位系统(GPS)测量规范》GB/T 18314-2001;

(4)《GPS辅助航空摄影技术规定(试行)》,国家测绘局;

(5)《全球定位系统(GPS)测量型接收机检定规程》CH 8016-95;

(6)《测绘产品检查验收规定》CH 1002-95;

(7)《测绘产品质量评定标准》CH 1003-95;

(8)经审批的本项目技术方案。

2. 坐标系统和高程基准

1)平面坐标系统

采用1954北京坐标系。最终成果提供1954北京坐标系和国家2000大地坐标系两套坐标。

2)投影方式

采用高斯-克吕格投影;按3°分带。

3)高程系统

        采用1985国家高程基准。

三、工作方法技术

1、技术路线

1) 采用高精度GPS接收机,按整体构网方式布设地面GPS控制网,建立试验场区高精度几何控制基准,为多源遥感影像数据处理提供直接地理定位。

2) 4Km×4Km的网度布设42个地面控制点,选取5个控制点为永久性地标点,布设永久性标志, 16点埋设普通标石,其余21个点作为影像纠正控制点。

3) 采用静态测量方式进行GPS测量,通过与已知高等级大地点联测和GPS网平差获得控制点的1954北京坐标和2000国家大地坐标。

4) 以外业实测GPS控制点成果为基础对遥感影像进行纠正。

5) 影像镶嵌、分幅、裁整饰。

6) 提交试验场几何控制基准数据成果资料,包括场区高精度地面控制点成果和纠正后的分幅正射影像图。

图片关键词

3-1外业GPS控制测量及影像处理流程图

2、精度指标

1)控制点精度指标

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0.5m,高程误差不大于0.5m。

2)DOM精度要求

DOM分幅要求为1:10000标准分幅,影像数据采样间隔为0.5米;

影像纠正控制点残差中误差不大于1个像素,取中误差的两倍为其最大误差;

DOM平面位置中误差5米,接边限差为2米。

3、地面控制点的布设

3.1点位分布

GPS野外实测控制点4Km×4Km网格布点,基本做到了均匀分布,布设控制点的数量为(INT(23.1/4)+1)×(INT(20.2/4)+1)= 42点。设计布点时,尽可能将控制点布设在影像易于判读的明显地物点上,并兼顾交通和GPS观测条件等因素。设计布点图如下:

图片关键词

3-2设计控制点布设图

实际现场踏勘时综合考虑了地形、地势、风向、地表土质等因素,所有的永久性地标点均布设在微观地势平坦,相对地势较高,周边无遮挡的开阔地带。埋石点布设在影像上位置清晰、特征明显、易于判读,地面土质密度较大的影像特征点上。影像纠正点布设在地面明显特征点上。

3.2控制点制作与埋设

1)永久性标志点共5个,分布在测区的四角和中央。超大型地面标志外部几何图案为方形,尺寸为10米×10米(设计为8米×8米)。内部几何图形为圆形,由直径8米、高10公分的水泥浇筑而成。为突出天然水泥色彩,外部辅以黑色柏油做为背景,柏油厚度亦为10公分。每个标志使用水泥约2吨,柏油0.5吨。

2)测区面积三分之二为软戈壁地形,车辆通行困难,现场缺水,超大型标志的施工难度极大。因大型卡车不能到达设计点位,施工中先使用卡车将建筑材料运送到最近驻地,再使用四驱皮卡车分多次将水泥、石料、沥青、和水等材料运送到点位,最后由工人现场完成浇筑工作。

3-4 永久性标志点实地布设

3)16个普通混凝土标石的尺寸为上12Cm×下20Cm×高40Cm,普通标石点埋设在易于判读的明显地物特征点上。

4)其余21个影像纠正点不布设地面标志,只在影像明显特征点上标出。

5)全部42个控制点均匀分布于测区外围和中央,为影像纠正提供了充足的地理定位基准。

4、刺点的整饰

刺点均在像片背面进行了整饰。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。

    像片的刺点误差均小于像片上0.1mm,刺孔直径小于0.1mm,没有双孔现象。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。

5、地面控制点测量

5.1 控制点联测

GPS观测采用双频高精度大地测量型GPS接收机。起算点通过在HM15、HM21两个控制点上做双时段12小时长时间静态观测,取得与国家连续运行站同步观测数据,委托国家基础地理信息中心解算两个点的WGS84和1954北京坐标系坐标,得到控制网的地理基准。我国目前已经建立了近30个分布全国的GPS连续运行站,可以提供全天观测数据,及高精度的ITRF框架基准。数据计算时采用测区周边分布的连续运行参考站为基准站,为各点提供高度的基准控制。

3-5 控制点观测

控制网以点连式布网。控制点观测时段长一般为45~90分钟,具体根据卫星状况和基线长度做适当调整,调整后的观测时间满足基线边得到双差固定解。

控制点联测见下图:

图片关键词

3-5 GPS控制网示意图

5.2平差计算

外业数据采集经检查无误后采用Trimble Geomatics Office V1.63软件对基线进行处理,并对控制网进行平差计算。

a. 控制网闭合环统计

b. 网中控制点数量:42

c. 约束点个数:2

d. 网中最弱点:HM04

e. 最弱点点位中误差:±0.023米(设计0.5米)

f. 平均点位中误差:±0.013米

其计算成果见附录二《GPS控制网平差报告》。

5.3 高程成果计算

根据前述网平差结果,结合EGM2008似大地水准面模型,通过内插方法得到各点的高程异常值,然后利用各控制点的大地高减去高程异常值获得相应的正常高(1985国家高程基准),其结果见附录一。

6 卫星影像数据处理

6.1影像处理流程

1:10000标准分幅底图(DOM)生产的数据源为WORLDVIEW 0.5m全色多光谱影像。与设计不同的是,委托方提供了融合后的影像数据,因此主要技术流程改为正射纠正、标准分幅裁切、图廓整饰。技术流程如图:

 

(以下工作未完)

6.2 正射纠正

正射纠正处理在Eardas 9.2下进行,

 

6.3 标准分幅裁切

 

6.4 图廓整饰

四、结论与建议

1 结论

项目组历时半年,完成了资源能源勘探星载遥感超级实验场卫星影像几何标定场的设计、踏勘、布点、建标、观测和计算工作。

在试验场内均匀布设了5个超大型永久型标志点、16个埋石控制点和21个影像纠正控制点,控制面积467Km2,为试验场几何定位提供了高精度的地理框架。

使用高精度GPS接收机和精密静态测量方法,采用常规大地控制网联测和数据处理方法,获得了高精度的控制点坐标。

外业工作方法符合设计规定,控制点精度远高于设计要求,测量成果可用于试验场几何定位。

2 建议

测区范围仅为15万图幅,只占1SPOT影像面积的约1/10。从影像几何控制角度看,作为卫星影像标定场的控制范围太小。建议扩大试验场范围至60Km×60Km,应至少覆盖一景SPOT5影像.

因经费所限,在建立超大型地面标志时,未能投入大型机械设备,选取地形较高的山头进行场地平整,或人为提高标志的地面高度,致使位于平地的超大型标志仍可能在若干年后可能会遭到风沙的覆盖。建议后期工作中增加地面标志建设的费用,充分考虑标志点建设的地理位置和水文地质、工程地质条件,建造可永久保存的地面标志点,建成具有国内领先水平和行业特色的,坚固牢靠,可永久使用的多源遥感影像几何定位场。