集無人機影像、RTK（單基站CORS）及全站儀在小范圍大比例尺數(shù)字測圖中的應(yīng)用探究

屈　帥，杜　鵬，邱　炎，包丹丹

天津師范大學(xué)，天津　300387

集無人機影像、RTK（單基站CORS）及全站儀在小范圍大比例尺數(shù)字測圖中的應(yīng)用探究

屈帥，杜鵬，邱炎，包丹丹

天津師范大學(xué)，天津300387

根據(jù)大比例尺測繪的特點，結(jié)合無人機影像、RTK（單基站CORS）和全站儀的優(yōu)勢，提出了一種三者聯(lián)合進行大比例尺測繪的新方法。結(jié)果表明該測繪模式能夠在保證測繪精度的前提下極大的縮短作業(yè)流程，極大的降低外業(yè)測繪強度提高工作效率，在實際操作中其高效性與實用性得到印證。

CORS；全站儀；無人機影像

信息化為經(jīng)濟飛速發(fā)展提供強有力的保障，城市建設(shè)的信息化離不開地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取，特別是大比例尺地理數(shù)據(jù)的獲取，大比例尺地圖在城市規(guī)劃、建設(shè)、交通、管理、社會與公眾服務(wù)以及可持續(xù)發(fā)展研究等眾多領(lǐng)域的作用日益重要［1］。對于如何快速、有效、高質(zhì)量的獲取大比例尺地形圖研究對我國城市建設(shè)顯得尤為重要。

1　RTK（單基站CORS系統(tǒng)） 及無人機技術(shù)特點

單基站CORS系統(tǒng)是基于單個運行基準(zhǔn)站的定位技術(shù)，與GPS RKT系統(tǒng)的定位原理是相同的。但CORS系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)移動通訊方式，保證了差分信號的完整性和有效傳輸性，其在測量的有效距離相對于傳統(tǒng)RTK測量得到大幅度提升，單基站CORS系統(tǒng)持續(xù)不間斷運行，無需額外架設(shè)基站，僅需一個流動站設(shè)備即可進行測量，極大的降低了人力成本提高生產(chǎn)效率。不過單基站CORS系統(tǒng)計算差分改正信息僅靠單一基站，其測量的有效范圍不宜過大（一般30km左右），不過其完全滿足中小區(qū)域測繪工作的需要［2］。

無人機低空遙感技術(shù)是航空遙感領(lǐng)域一個新的發(fā)展方向，具有低成本、快捷、靈活機動，以及數(shù)據(jù)高時效、高分辨率等特點［3］，并已逐步應(yīng)用于大比例尺地圖航空攝影測量領(lǐng)域，憑借自身的技術(shù)優(yōu)勢，可快速、高效獲取高精度、高分辨率的低空影像數(shù)據(jù)，成為傳統(tǒng)航空攝影測量的有效補充手段［4］。

2　實例應(yīng)用分析

2.1測區(qū)概況

測區(qū)位于天津市西青區(qū)天津師范大學(xué)校園，測區(qū)東西長1.2km，南北長約1km，測區(qū)范圍大概1.2km2，地勢平坦，建筑物相對密集。

2.2單基站CORS系統(tǒng)和無人機影像的精度檢驗

單基站CORS系統(tǒng)的精度檢驗采用靜態(tài)已知點檢驗法、反算基線長法。已知點檢驗法其檢驗結(jié)果如下：該系統(tǒng)實時動態(tài)定位內(nèi)符合精度水平方向整體優(yōu)于2cm，高程方向優(yōu)于4cm，均高于設(shè)計精度；外符合精度水平方向整體優(yōu)于3cm，高程方向優(yōu)于5cm，也都優(yōu)于系統(tǒng)的設(shè)計精度，說明了該CORS系統(tǒng)實時動態(tài)定位穩(wěn)定可靠。反算基線長兩者的差值反映了該CORS系統(tǒng)的實時定位精度符合規(guī)范要求。無人機的精度檢驗利用RTK測量測區(qū)內(nèi)的12個特征點檢驗無人機精度，檢核點的X方向上的誤差均方差為0.344，Y方向上的誤差均方差為0.062，點位誤差的均方差為0.071，點位的最大誤差為0.111，可滿足1∶2000地形圖測繪的要求。

2.3測量地物分類

《城市測量規(guī)范》要求測繪內(nèi)容應(yīng)包括測量控制點、水系、居民地及設(shè)施、交通、管線、境界與政區(qū)、地貌、植被與土質(zhì)等要素?？蓪⒌匚锓殖?類：1）全站儀測繪：其優(yōu)點為不受信號影像、測繪形式靈活、與CASS交互性好。缺點為耗費人力多、有誤差積累、易受人為因素影響［5］。所以利用全站儀來測量居民地建筑物；2）RTK（單基站CORS）：其優(yōu)點為精度高、無誤差積累、操作方便、節(jié)約人力。其缺點為易受信號制約、測繪方式不靈活。所以利用其來測量圖根控制點、交通、道路附屬設(shè)施、水系等；3）無人機影像優(yōu)點為低成本、快捷、靈活機動、數(shù)據(jù)高時效、高分辨率。其缺點為精度受控制點精度的影響、地物的判讀易受人為因素影響所以利用其來測量植被等信息。除了以上的測量方式的分類部分情況還需要兩兩聯(lián)合觀測，全站儀與單基站CORS系統(tǒng)結(jié)合測量，網(wǎng)絡(luò)RTK與影像聯(lián)合測量方式。

2.4碎步測量

測區(qū)內(nèi)建筑物分布密集，其信號受建筑物的遮擋，RTK無法觀測其輪廓。在無人機影像中發(fā)現(xiàn)影像中的建筑物與實際測繪的建筑物邊界會有偏差，故不能使用影像對建筑物進行繪圖，對于建筑物的測量應(yīng)利用全站儀進行，因RTK（單基站CORS）測量精度達(dá)到布設(shè)圖根控制點的要求，所以可以在建筑物附近開闊地帶利用其測量圖根控制點，圖根點之間的間距盡量大于此站全站儀測量建筑物的最遠(yuǎn)距離；測區(qū)內(nèi)的交通附屬設(shè)施例如地漏、下水井蓋，獨立、固定的大型宣傳櫥窗和廣告牌，這些地物所處位置比較開闊信號好，地物分散，不適合使用全站儀觀測。在無人機影像中地漏和下水井蓋難以和人的影像區(qū)分開，所以這里選擇RTK對這些地物進行測量。在利用RTK測量時地物點的命名采用地物類型的首字母縮寫加序號的方式以便于內(nèi)業(yè)成圖時區(qū)分；測區(qū)內(nèi)的道路采用RTK獲取，采集時注意采集道路的特征點，例如拐點、起點、終點等；測區(qū)內(nèi)地勢平坦，且多為建筑物無需繪制等高線，繪制高程點便可，測區(qū)內(nèi)的高程點采用RTK測量獲取，根據(jù)1∶2000比例尺測圖的要求高程點盡量均勻分布，高程點間距大約30m；根據(jù)上文中對無人機影像的精度檢驗可知，無人機影像的精度為滿足1：2000測圖的要求，可用于繪制平面二維地物，植被可用無人機影像直接繪制，植被的類型可根據(jù)影像直接讀取，如植被類型難以判讀則需要去實地考察。

2.5數(shù)據(jù)處理

1∶2 000地形圖成圖按照《GBT 20257.1—2007 國家基本比例尺地圖圖式》繪制。

1）繪制坐標(biāo)格網(wǎng)。設(shè)置參數(shù)，按照比例尺要求設(shè)置好參數(shù)，使用相應(yīng)的工具繪制圖廓；數(shù)據(jù)文件輸入。

2）處理全站儀數(shù)據(jù)時將其數(shù)據(jù)x、y坐標(biāo)對換位置，將數(shù)據(jù)通過“繪圖處理”、“展野外點點號”導(dǎo)入到CASS7.0中。

3）地表實物的繪制。首先繪制邊界點、公路、湖泊、高山等，勾勒草圖的大致形狀，然后繪高大建筑物、標(biāo)志性地物、植被、河流等。由于圖式符號均按圖層劃分，因此不能更改圖層名稱和屬性；高程點展繪。在這里繪制的過程中按照3.4中的測量地物分類進行繪制。

4）點擊“展高程點”，選擇坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件，展出高程點。

5）測繪工作完成后，又對此次測圖的的地物、地貌點與圖根控制點進行了聯(lián)測，采集的數(shù)據(jù)與圖原數(shù)據(jù)相比較90%以上都符合限差要求。有部分地物、地貌有明顯錯誤重新測量直到達(dá)到要求為止。

3　結(jié)論

傳統(tǒng)全站儀測繪與單基站CORS系統(tǒng)、無人機影像聯(lián)合測繪，實現(xiàn)了3種測繪方式的優(yōu)勢互補。RTK（單基站CORS系統(tǒng)）可直接布設(shè)圖根控制點，大大提高了測繪效率，在地物密集、信號較差的區(qū)塊采用全站儀測繪；單基站CORS系統(tǒng)測圖可用于信號好、地物分散以及布設(shè)圖根控制點等；在無人機影像上繪制可準(zhǔn)確辨別的地物例如草地的范圍、內(nèi)部道路、其他居民地設(shè)施；3種測繪方式的聯(lián)合大大提高了測圖精度和工作效率，此方法還可以快速實現(xiàn)測區(qū)內(nèi)地物的更新，此方法可為快速實現(xiàn)大比例尺城市測圖提供借鑒。

［1］劉玉潔，崔鐵軍，郭繼發(fā)，等.無人機航攝大比例尺測圖的關(guān)鍵技術(shù)分析［J］.天津師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014，34（2）：37-40..

［2］陳明華，吳遇文.單基站CORS系統(tǒng)在中小區(qū)域測繪中的應(yīng)用探討［J］.測繪，2011，34（3）：131-133..

［3］陳杰，童小華，劉向鋒，等.黑河流域中游無人機遙感影像數(shù)據(jù)處理［J］.地理信息世界，2014，21（1）：63-67.

［4］薛永安，王曉麗，張明媚.無人機航攝系統(tǒng)快速測繪礦區(qū)大比例尺地形圖［J］.測繪地理信息，2013，38（2）：46-48.

［5］孫斌，王飛，馬程帥.全站儀與GPS技術(shù)在數(shù)字化地形圖中的應(yīng)用［J］.河南水利與南水北調(diào)，2011（20）：59-61.

［6］胡曉斌.集全站儀和GPS（RTK）聯(lián)合在數(shù)字測圖中的應(yīng)用［D］.成都：電子科技大學(xué)，2012.

TP2

A

1674-6708（2016）166-0081-02

屈帥，天津師范大學(xué)。杜鵬，天津師范大學(xué)。邱炎，天津師范大學(xué)。包丹丹，天津師范大學(xué)。