第一次全国地理国情普查外业核查全景影像采集系统研究与应用

计春祥，易 志，张 禾，曹 扬

(贵州省第二测绘院，贵州 贵阳 550004)



第一次全国地理国情普查外业核查全景影像采集系统研究与应用

计春祥，易 志，张 禾，曹 扬

(贵州省第二测绘院，贵州 贵阳 550004)

结合第一次全国地理国情普查在贵州山区进行生产作业的特点，利用自行研究设计的地理国情普查外业核查全景影像采集系统，大量、快速地获取了用于地理国情普查外业核查的全景影像数据，为外业核查作业人员提供了真实可靠的影像参考资料，将部分外业工作转移到内业完成，减少了外业工作量，节省了人力物力，提升了外业核查的工作效率，生产出了符合国家规范要求的成果数据。

第一次全国地理国情普查；全景影像；外业核查

一、引 言

为全面掌握我国地理国情现状，满足经济社会发展和生态文明建设的需要，国务院决定于2013—2015年开展第一次全国地理国情普查。地理国情普查是一项重大的国情国力调查，是全面获取地理国情信息的重要手段，是掌握地表自然、生态及人类活动基本情况的基础性工作，主要包括高分辨率数字正射卫星遥感影像生产、地表覆盖地理要素采集、外业核查调绘、内业整理与质量检查、普查本底数据库建设等内容。普查的目的是查清我国自然和人文地理要素的现状和空间分布情况，为开展常态化地理国情监测奠定基础，满足经济社会发展和生态文明建设的需要，提高地理国情信息对政府、企业和公众的服务能力。

二、生产中存在的问题

本文以贵州省为研究区。贵州省多是山地和高山地的特殊山区，地形起伏较大，植被覆盖度高且种类混杂，因此其地理国情普查工作存在许多问题。具体体现如下:

1) 用于解译的卫星遥感影像拍摄时间为冬季，内业解译判译难度大，同谱异物情况较多。根据贵州省第一次全国地理国情普查已经开展的试点工作及试生产的区县情况来看，很多外业核查技术人员需要多次反复仔细甄别、调查核查，且不能完全分辨清楚,既浪费时间，又难以保证核查成果的准确性。

2) 贵州地形起伏大，植被多样混杂，解译过程产生的图斑数量多，给外业核查工作带来了巨大的工作量，全省生产进度缓慢。

3) 第一次全国地理国情普查是一项全新的工作，要求高、内容全、难度大、时间紧，很多作业员都是通过短期的培训后就投入到工作中，因此外业核查作业人员技术参差不齐，质量难达合格。

4) 贵州天气多阴雨、多雾，工作时间受天气限制，外业核查的有效时间较短，给实际生产带来了很大的难度。

5) 贵州山高、路远、交通不发达，外业核查工作人员全凭双脚走到看到，外业劳动强度非常大。

因此，如何在地理国情普查生产尤其是外业核查工作中提升工作效率，提高质量、减轻劳动强度是一个值得深入研究和探讨的课题。针对此课题，本文作了一些研究和探索，并进行了一定的试验测试与验证，期望可以为贵州省甚至全国地理国情普查工作提供一些新的解决方法和思路。

三、研究思路与关键技术

本系统旨在利用低成本的软硬件，结合GPS、IMU技术，为外业核查技术人员大批量、快速地获取测区实地的全景相片提供参考资料，尽量减少外业工作量，将部分外业工作转移到内业，提高外业调绘核查工序的效率，尽可能地节省人力物力，从而提升工作效率，并得到符合国家规范要求的成果数据。

1.设计思路

利用民用的高分辨率运动相机和GPS，配合改装后具有增强稳定性支架的车辆，沿着核查区域各道路，快速间隔采集多方位的实景相片，通过处理采集过程记录的GPS信息及姿态信息，形成以间隔拍摄曝光点为轨迹的外业核查全景影像样本点资料，将其应用到内业，在数字正射影像上结合拍摄的地表覆盖与地理要素实景情况，开展地理国情普查数据内业解译与外业核查工作，在相片拍摄死角区域配合少量的外业补充核查工作，从而提高地理国情普查的内外业生产效率。

2.技术流程

1) 准备阶段：车辆、相机、计算机、车载支架等设备的准备，试验测区与采集线路的选取与设计。

2) 采集阶段：多方向相片数据采集、相片拍摄曝光点GPS信息采集、相片拍摄曝光点姿态信息采集。

3) 处理阶段：全景相片数据整理、分析与生产，匹配曝光点GPS数据信息，形成一一对应的全景影像及曝光点轨迹数据成果。

4) 应用阶段：将全景相片成果及曝光点轨迹数据成果导入地理国情普查生产流程与软件中，在内业结合全景影像资料进行外业核查工作；部分全景影像无法处理的区域辅助少量外业进行补充核查，形成最终的地理国情普查成果。

3.关键技术

(1) 多方位相机同步拍摄技术

通过研究和测试，采用同时可与多个相机配对的同步控制器，统一设置相机系统时间，确保各个方向相机拍摄的同步性，从而解决和保证同一曝光点各个方向的相片拍摄时间的一致性，确保拼接的外业全景相片的质量。

(2) 拍摄曝光点与GPS、IMU准确匹配

相机拍摄本身不带有定位和姿态信息，因此通过随车放置的外置GPS及IMU传感器等设备，获取至少以1 s为时间间隔的GPS与IMU信息，并与拍摄曝光点匹配，形成具有定位和姿态信息的外业全景影像数据。

(3) 全景相片的快速批量生产

按贵州路况验证，车辆以20 km/h的速度每天进行7 h的采集，单天采集数据约140 km，至少有5000多组全景样本点，快速高效地将大量的全景影像数据生产出来，并投入到实际生产中，才能确保地理国情普查内外业生产效率的提高。

(4) 嵌入地理国情普查内业生产、外业核查、质量检查工序

通过与地理国情普查内外业生产软件相结合，开发出一套将全景样本点数据嵌入内业生产、外业核查、质量检查使用的集成交互模块，真正切实有效地完成地理国情普查工作。

(5) 解译样本数据生产

利用该系统采集到的大量实景相片样本数据，通过处理完成基于采集相片的遥感影像解译样本数据的生产工作。

4.系统软硬件设备构成

系统最大的特点是成本低，除去单位可以整合进系统的车辆、计算机、技术人员外，需要额外购置和制作的仅是4台高分辨率运动相机、4张存储卡、改装车载支架、电源线、螺钉,以及自主开发批量自动分组匹配程序等设备，总成本目前控制在14 000元左右。系统详细设备构成见表1。

表1 系统软硬件构成表

以试生产县雷山县为例，该县核查线路约2103 km，利用采集系统进行生产。消耗为系统设备购置费用、部分车辆燃油、部分食宿等费用；工作完成情况为采集处理8人用10 d完成，内业核查加上外业补充16人用30 d完成，共消耗约8.5万元。而采用传统方式的外业核查方法，工作消耗主要为车辆燃油、食宿等费用，16人约两个多月完成，共消耗费用约为21.4万元。

四、试验情况

1.全景样本点采集与处理效率

试验内容为通过外业调绘核查全景影像采集系统采集高清相片，处理后生产成带有GPS定位信息的、可快速浏览的全景影像数据。试验测区为剑河县柳川镇、久仰乡、太拥镇，采集3 d，采集里程约300 km。具体采集与处理效率见表2。

表2 试验采集处理信息统计表

2.全景样本点用于地理国情普查生产的效率

试验路线选择为可通车道路，数据采集与处理完成后，转到内业对地物分类进行核查判读，通过生产部门的测试，按照标准1∶1万分幅为生产单元，分类图斑核查率可达到80%以上，平均判读正确率可达85%，甚至可超过95%。

传统外业核查与车载采集系统核查详细对比情况见表3。

表3 作业方式效率与消耗对比情况表(以雷山县为例)

五、技术验证与总结

结合该系统在内业解译及外业核查的实际工作情况，系统的优点主要为：

1) 效率高：在地理国情普查工作中减少了外业工作量，有效提升地理国情普查的外业效率50%以上。

2) 质量高：系统采集的全景相片信息时效新、真实可靠，保证了核查成果的总体质量，减少了人为质量因素。

3) 稳定性强：与GPS结合后的高清全景相片可被外业核查、内业采集重复利用、反复核对，保证了核查成果的稳定性。

4) 成本低：系统成本低，操作简单，性价比极高，同时可用于解译样本采集及其他测绘地理信息应用方面。

通过此次试验，在数据处理和内业判读地物时发现该系统还存在一些可进一步提升和改进的地方：

1) 拍摄相片分辨率还有提升的空间，可以选择更高分辨率的移动相机或专业的微单相机，提高全景相片的分辨率。

2) 拍摄时存在拍摄死角，会被道路两旁行树、房屋、护坡、高坎等遮挡，可考虑增加相机，形成上下左右360°的全方位全景相片。

3) 在城市区域或其他GPS信号遮挡地区数据采集精度受影响，此类地区的数据采集在今后的工作中可采用高精度的GPS，提高位置精度。

六、结束语

经验证，使用该系统生产的与GPS轨迹点结合的外业核查全景样本点数据在地理国情普查生产中，不仅可用于外业核查工作，也可为地理国情数据内业解译、地类判读提供帮助，内外业均可重复利用、反复甄别，有助于提高地物分类判定的准确率。

总体来说，该系统采集的全景影像数据资料时效新、真实可靠、直观、定位准确，可保证内业解译和外业核查的成果质量。地理国情普查外业核查全景影像采集系统应用于贵州省的地理国情普查工作，可以指导内业解译，并大大减轻外业核查工作，降低生产成本，有效提升贵州省第一次全国地理国情普查工作的总体成果质量及工作效率，同时也为成果质量的检查提供新的思路。

[1] 国务院办公厅.国务院关于开展第一次全国地理国情普查的通知(国发[2013]9)[EB/OL].2013-03-05.http:∥www.gov.cn/zwgk/2013-03/05/content_2346074.htm.

[2] 吴智宁.高质量城市街景图像采集系统与应用[D].杭州：浙江大学，2010.

[3] 李观石，刘波，陆藩藩，等.基于MMS街景的导航数据采集方法研究[J].现代测绘，2013，36(1)：44-46.

Research and Application of Field Check Panoramic Image Aequisition System for the First National Census of Geographic Conditions

JI Chunxiang，YI Zhi，ZHANG He，CAO Yang

计春祥，易志，张禾，等.第一次全国地理国情普查外业核查全景影像采集系统研究与应用[J].测绘通报，2015(7)：79-81.

10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0217

2014-10-16

计春祥(1983—)，男，硕士，工程师，研究方向为工程测量、移动测量、地理信息系统等方面。E-mail:25354476@qq.com

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：0494-0911(2015)07-0079-03