手持GPS輔助的數(shù)字刺點(diǎn)方法

尚海興，黃文鈺，巨天力，賈克寧，李祖峰

（1.中國水電顧問集團(tuán) 西北勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710065）

手持GPS輔助的數(shù)字刺點(diǎn)方法

尚海興1，黃文鈺1，巨天力1，賈克寧1，李祖峰1

（1.中國水電顧問集團(tuán) 西北勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710065）

介紹了數(shù)字刺點(diǎn)方法的詳細(xì)工作流程，借助手持GPS設(shè)備進(jìn)行野外數(shù)字刺點(diǎn)，實(shí)時導(dǎo)航數(shù)據(jù)快速抵達(dá)目標(biāo)像控點(diǎn)實(shí)地位置，在Global Mapper中對數(shù)字影像進(jìn)行縮放瀏覽，在影像上標(biāo)定好具體像點(diǎn)位置、點(diǎn)之記、現(xiàn)場作業(yè)照片，測量地面坐標(biāo)后以數(shù)據(jù)庫形式將成果回傳內(nèi)業(yè)。該方法能提高刺點(diǎn)可靠性和效率，在紋理稀少測區(qū)應(yīng)用中具備較強(qiáng)實(shí)用性。

手持GPS；刺點(diǎn)；Google Earth；像控點(diǎn)

航空攝影測量外業(yè)像控點(diǎn)選刺的效率和精度直接決定了整個測區(qū)任務(wù)的進(jìn)度和成果質(zhì)量[1-4]。傳統(tǒng)刺點(diǎn)方法存在以下缺陷：①像控點(diǎn)選點(diǎn)條件嚴(yán)格，對作業(yè)員航片判讀能力和像控點(diǎn)選刺經(jīng)驗(yàn)要求較高，尤其在荒漠、戈壁等影像紋理單一，參考物匱乏地區(qū)影像判讀難度大，且易出錯；②紙質(zhì)相片無法放大，微觀地形難以準(zhǔn)確顯示，刺點(diǎn)存在偏移，個別點(diǎn)位刺點(diǎn)誤差超限；③在地形和道路復(fù)雜地區(qū)，抵達(dá)目標(biāo)像控點(diǎn)位現(xiàn)場較為耗時；④傳統(tǒng)紙質(zhì)成果易損毀，不便攜帶，外業(yè)成果回傳內(nèi)業(yè)速度慢。

圖1 數(shù)字刺點(diǎn)方法流程圖

1 數(shù)字刺點(diǎn)方法

1.1 作業(yè)流程

數(shù)字刺點(diǎn)方法由內(nèi)業(yè)選點(diǎn)和外業(yè)刺點(diǎn)組成。確定布點(diǎn)方案后，根據(jù)航片重疊度在刺點(diǎn)片上選定覆蓋測區(qū)的目標(biāo)像控點(diǎn)（待刺點(diǎn)），內(nèi)業(yè)在Google Earth影像上將其全部標(biāo)定并將其大地坐標(biāo)導(dǎo)入手持GPS。外業(yè)借助野外數(shù)字刺點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行目標(biāo)像控點(diǎn)位實(shí)時導(dǎo)航，在作業(yè)現(xiàn)場利用Global Mapper對數(shù)字航空影像進(jìn)行無級放大，準(zhǔn)確選定像控點(diǎn)位。架站測量該點(diǎn)地面坐標(biāo)后，將點(diǎn)位像點(diǎn)坐標(biāo)、點(diǎn)位現(xiàn)場文字描述、現(xiàn)場作業(yè)照片、點(diǎn)位地面坐標(biāo)等信息以數(shù)據(jù)庫形式存儲，并回傳內(nèi)業(yè)環(huán)節(jié)。具體流程如圖1所示。

數(shù)字刺點(diǎn)方法優(yōu)勢包括：①手持GPS定位精度高，在對空條件佳時，實(shí)際單點(diǎn)定位精度可達(dá)10 m以內(nèi)[5,6]。②Google Earth衛(wèi)星影像覆蓋范圍廣，部分地域?yàn)楦叻直媛视跋瘛?/p>

1.2 像控點(diǎn)選擇與坐標(biāo)提取

按照規(guī)范要求，像控點(diǎn)應(yīng)選用相片上交角良好、目標(biāo)清晰的線狀地物或易于辨識的點(diǎn)狀地物中心（地物大小視成圖比例尺而定），如小路交叉口、獨(dú)立草丘、房角等。 點(diǎn)位在相片上的具體位置參見《航外規(guī)范》[3]像控點(diǎn)選點(diǎn)條件。

室內(nèi)像控點(diǎn)目標(biāo)的選擇依照上述原則進(jìn)行，刺點(diǎn)片上選定目標(biāo)后，在Google Earth中利用目視判讀的方式轉(zhuǎn)標(biāo)所有目標(biāo)像控點(diǎn)，獲取所有目標(biāo)點(diǎn)的WGS84大地坐標(biāo)。逐點(diǎn)選取完畢后，將所有點(diǎn)另存為一個KML文件，利用基于VC++自主開發(fā)的轉(zhuǎn)換程序?qū)ML文件中的點(diǎn)位大地坐標(biāo)批量提取并整理后導(dǎo)入手持GPS中。

刺點(diǎn)片選定目標(biāo)像控點(diǎn)后，應(yīng)繪制像控點(diǎn)點(diǎn)位略圖，用以建立像控點(diǎn)與所在重疊影像之間的索引關(guān)系，便于生產(chǎn)安排和內(nèi)業(yè)空三加密添加控制點(diǎn)時快速檢索，如圖2所示。

圖2 像控點(diǎn)位略圖

2 野外數(shù)字刺點(diǎn)方法

2.1 系統(tǒng)組成

野外數(shù)字刺點(diǎn)設(shè)備由平板電腦、手持GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)通信線3部分組成（如圖3所示）。為保證平板電腦和手持GPS通信正常，硬件連接后需要在平板電腦中安裝手持GPS設(shè)備USB驅(qū)動程序。平板電腦配置：Windows 8 操作系統(tǒng)、Intel 第3代 i5 酷睿處理器、128 GB SSD硬盤、計(jì)算機(jī)性能滿足框幅式影像運(yùn)行要求；電池續(xù)航能力約8 h，滿足外業(yè)使用需求，加配拆卸電池，可延長使用時間。

2.2 手持GPS實(shí)時導(dǎo)航

圖3 野外數(shù)字刺點(diǎn)設(shè)備

刺點(diǎn)作業(yè)時，在道路復(fù)雜地區(qū)，傳統(tǒng)刺點(diǎn)模式即便借助向?qū)ьI(lǐng)路，也經(jīng)常跑“冤枉路”，嚴(yán)重影響作業(yè)效率。Google Earth的高分辨率衛(wèi)星影像具有較為清晰、現(xiàn)勢性較好的道路信息，可為到達(dá)預(yù)定點(diǎn)位提供最優(yōu)交通路線。

采用的Garmin 60CSx手持GPS接收機(jī)，實(shí)際定位精度在10 m以內(nèi)，完全滿足實(shí)時導(dǎo)航和預(yù)設(shè)像控點(diǎn)位定位的需求。用手持機(jī)數(shù)據(jù)線將接收機(jī)和平板電腦連接，保證端口正常通信。打開Google Earth，瀏覽當(dāng)?shù)赜跋?，確保目錄C:Documents and Settings AdministratorLocal SettingsApplication DataGoogle GoogleEarth中存在文件名為dbCache.dat的緩存文件，因記錄了聯(lián)網(wǎng)瀏覽時下載的影像文件和坐標(biāo)數(shù)據(jù),故野外離線狀態(tài)仍可打開Google Earth高分辨率影像。在“工具”菜單，選擇“GPS”菜單項(xiàng)，點(diǎn)擊“實(shí)時”頁，選擇協(xié)議“Garmin PVT”點(diǎn)擊開始，當(dāng)接收機(jī)捕獲到足夠衛(wèi)星數(shù)時，自動在Google Earth顯示當(dāng)前位置，如圖4所示。根據(jù)當(dāng)前定位目標(biāo)，測量員可選擇較為合理的交通路線，直達(dá)預(yù)定位置。該方法方便快捷，尤其在戈壁地形及其相似地區(qū)可有效避免誤判。另外，下載Google Earth高分辨率影像后在Global Mapper中也可實(shí)現(xiàn)實(shí)時導(dǎo)航，如圖5所示。

2.3 數(shù)字刺點(diǎn)與整飾

圖4 Google Earth中實(shí)時導(dǎo)航（藍(lán)點(diǎn)為當(dāng)前行車位置）

圖5 Global Mapper中實(shí)時導(dǎo)航（綠色箭頭為當(dāng)前行車位置）

抵達(dá)目標(biāo)像控點(diǎn)后，按照像控點(diǎn)位縮略圖，利用平板電腦在Global Mapper中打開各相關(guān)影像，在各數(shù)字影像上通過瀏覽縮放判定影像上準(zhǔn)確像元后，進(jìn)行點(diǎn)位標(biāo)記和點(diǎn)位文字說明。經(jīng)第2作業(yè)員確認(rèn)無誤后，測量該點(diǎn)地面坐標(biāo)，并對測量現(xiàn)場拍照（圖6）。最后以點(diǎn)號為索引建立像控點(diǎn)數(shù)據(jù)庫，存儲像控點(diǎn)像素坐標(biāo)、所在控制片號、3種放大倍率的示意圖、點(diǎn)位文字描述、刺點(diǎn)者及日期、檢查者及日期、地面坐標(biāo)、現(xiàn)場作業(yè)照片等信息，數(shù)字刺點(diǎn)片整飾樣例如圖7所示。內(nèi)業(yè)人員打開數(shù)據(jù)庫后可快速檢索相關(guān)點(diǎn)位信息。

圖6 作業(yè)現(xiàn)場照片

圖7 數(shù)字刺點(diǎn)片整飾樣例

3 結(jié) 語

該作業(yè)方法有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢，如表1所示。

基于手持GPS導(dǎo)航，提高影像判讀效率和可靠性，利用平板電腦直接在數(shù)字影像上標(biāo)定像控點(diǎn)位至像素級，并以數(shù)字形式保存點(diǎn)位文字描述、現(xiàn)場作業(yè)照片等信息，可提高野外刺點(diǎn)的可靠性和作業(yè)效率。該方法已在陜北黃土塬、哈密戈壁、酒泉戈壁等地區(qū)投入使用，具備較強(qiáng)實(shí)用性。無人機(jī)航測像控點(diǎn)布設(shè)密度往往較大，以數(shù)據(jù)庫方式管理數(shù)字刺點(diǎn)片的方法可有效提高無人機(jī)像控點(diǎn)測量和內(nèi)業(yè)加點(diǎn)效率。

表1 傳統(tǒng)紙質(zhì)刺點(diǎn)與數(shù)字刺點(diǎn)比對

[1] 曾慶偉,吳戰(zhàn)克.GPS手持機(jī)+Google Earth聯(lián)合進(jìn)行像控點(diǎn)選刺的探索與應(yīng)用[J].鐵道勘察,2009(4):57-58

[2] 欒學(xué)科,姚喜,王志博,等.航空數(shù)碼影像像控布點(diǎn)方案的研究[J].城市勘測,2010(4):103-106

[3] GB/T 7931-2008.1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范[S].

[4] GB/T 7930-2008.1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范[S].

[5] 程新文,陳性義.手持式GPS定位精度研究[J].測繪通報,2004(9):20-22

[6] 范麗琨,周曉中.手持GPS在1∶5萬水系沉積物測量中的應(yīng)用[J].黃金科學(xué)技術(shù),2008,16(6):36-37

[7] CH/T 3006-2011.數(shù)字航空攝影測量 控制測量規(guī)范[S].

P231

B

1672-4623（2015）03-0135-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.047

尚海興，碩士，從事數(shù)字?jǐn)z影測量研究和水電工程測繪工作。

2014-03-13。

項(xiàng)目來源：中國水電工程顧問集團(tuán)科技資金資助項(xiàng)目（GW-KJ-2012-21）。