手持GPS辅助的数字刺点方法

2015-02-06尚海兴黄文钰巨天力贾克宁李祖峰

地理空间信息 2015年3期

关键词：内业外业点位

尚海兴，黄文钰，巨天力，贾克宁，李祖峰

（1.中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，陕西西安 710065）

手持GPS辅助的数字刺点方法

尚海兴1，黄文钰1，巨天力1，贾克宁1，李祖峰1

（1.中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，陕西西安 710065）

介绍了数字刺点方法的详细工作流程，借助手持GPS设备进行野外数字刺点，实时导航数据快速抵达目标像控点实地位置，在Global Mapper中对数字影像进行缩放浏览，在影像上标定好具体像点位置、点之记、现场作业照片，测量地面坐标后以数据库形式将成果回传内业。该方法能提高刺点可靠性和效率，在纹理稀少测区应用中具备较强实用性。

手持GPS；刺点；Google Earth；像控点

航空摄影测量外业像控点选刺的效率和精度直接决定了整个测区任务的进度和成果质量[1-4]。传统刺点方法存在以下缺陷：①像控点选点条件严格，对作业员航片判读能力和像控点选刺经验要求较高，尤其在荒漠、戈壁等影像纹理单一，参考物匮乏地区影像判读难度大，且易出错；②纸质相片无法放大，微观地形难以准确显示，刺点存在偏移，个别点位刺点误差超限；③在地形和道路复杂地区，抵达目标像控点位现场较为耗时；④传统纸质成果易损毁，不便携带，外业成果回传内业速度慢。

图1 数字刺点方法流程图

1 数字刺点方法

1.1 作业流程

数字刺点方法由内业选点和外业刺点组成。确定布点方案后，根据航片重叠度在刺点片上选定覆盖测区的目标像控点（待刺点），内业在Google Earth影像上将其全部标定并将其大地坐标导入手持GPS。外业借助野外数字刺点设备进行目标像控点位实时导航，在作业现场利用Global Mapper对数字航空影像进行无级放大，准确选定像控点位。架站测量该点地面坐标后，将点位像点坐标、点位现场文字描述、现场作业照片、点位地面坐标等信息以数据库形式存储，并回传内业环节。具体流程如图1所示。

数字刺点方法优势包括：①手持GPS定位精度高，在对空条件佳时，实际单点定位精度可达10 m以内[5,6]。②Google Earth卫星影像覆盖范围广，部分地域为高分辨率影像。

1.2 像控点选择与坐标提取

按照规范要求，像控点应选用相片上交角良好、目标清晰的线状地物或易于辨识的点状地物中心（地物大小视成图比例尺而定），如小路交叉口、独立草丘、房角等。点位在相片上的具体位置参见《航外规范》[3]像控点选点条件。

室内像控点目标的选择依照上述原则进行，刺点片上选定目标后，在Google Earth中利用目视判读的方式转标所有目标像控点，获取所有目标点的WGS84大地坐标。逐点选取完毕后，将所有点另存为一个KML文件，利用基于VC++自主开发的转换程序将KML文件中的点位大地坐标批量提取并整理后导入手持GPS中。

刺点片选定目标像控点后，应绘制像控点点位略图，用以建立像控点与所在重叠影像之间的索引关系，便于生产安排和内业空三加密添加控制点时快速检索，如图2所示。

图2 像控点位略图

2 野外数字刺点方法

2.1 系统组成

野外数字刺点设备由平板电脑、手持GPS接收机、数据通信线3部分组成（如图3所示）。为保证平板电脑和手持GPS通信正常，硬件连接后需要在平板电脑中安装手持GPS设备USB驱动程序。平板电脑配置：Windows 8 操作系统、Intel 第3代 i5 酷睿处理器、128 GB SSD硬盘、计算机性能满足框幅式影像运行要求；电池续航能力约8 h，满足外业使用需求，加配拆卸电池，可延长使用时间。

2.2 手持GPS实时导航

图3 野外数字刺点设备

刺点作业时，在道路复杂地区，传统刺点模式即便借助向导领路，也经常跑“冤枉路”，严重影响作业效率。Google Earth的高分辨率卫星影像具有较为清晰、现势性较好的道路信息，可为到达预定点位提供最优交通路线。

采用的Garmin 60CSx手持GPS接收机，实际定位精度在10 m以内，完全满足实时导航和预设像控点位定位的需求。用手持机数据线将接收机和平板电脑连接，保证端口正常通信。打开Google Earth，浏览当地影像，确保目录C:Documents and Settings AdministratorLocal SettingsApplication DataGoogle GoogleEarth中存在文件名为dbCache.dat的缓存文件，因记录了联网浏览时下载的影像文件和坐标数据,故野外离线状态仍可打开Google Earth高分辨率影像。在“工具”菜单，选择“GPS”菜单项，点击“实时”页，选择协议“Garmin PVT”点击开始，当接收机捕获到足够卫星数时，自动在Google Earth显示当前位置，如图4所示。根据当前定位目标，测量员可选择较为合理的交通路线，直达预定位置。该方法方便快捷，尤其在戈壁地形及其相似地区可有效避免误判。另外，下载Google Earth高分辨率影像后在Global Mapper中也可实现实时导航，如图5所示。

2.3 数字刺点与整饰

图4 Google Earth中实时导航（蓝点为当前行车位置）

图5 Global Mapper中实时导航（绿色箭头为当前行车位置）

抵达目标像控点后，按照像控点位缩略图，利用平板电脑在Global Mapper中打开各相关影像，在各数字影像上通过浏览缩放判定影像上准确像元后，进行点位标记和点位文字说明。经第2作业员确认无误后，测量该点地面坐标，并对测量现场拍照（图6）。最后以点号为索引建立像控点数据库，存储像控点像素坐标、所在控制片号、3种放大倍率的示意图、点位文字描述、刺点者及日期、检查者及日期、地面坐标、现场作业照片等信息，数字刺点片整饰样例如图7所示。内业人员打开数据库后可快速检索相关点位信息。

图6 作业现场照片

图7 数字刺点片整饰样例

3 结语

该作业方法有着明显的技术优势，如表1所示。

基于手持GPS导航，提高影像判读效率和可靠性，利用平板电脑直接在数字影像上标定像控点位至像素级，并以数字形式保存点位文字描述、现场作业照片等信息，可提高野外刺点的可靠性和作业效率。该方法已在陕北黄土塬、哈密戈壁、酒泉戈壁等地区投入使用，具备较强实用性。无人机航测像控点布设密度往往较大，以数据库方式管理数字刺点片的方法可有效提高无人机像控点测量和内业加点效率。