集无人机影像、RTK（单基站CORS）及全站仪在小范围大比例尺数字测图中的应用探究

屈帅+杜鹏+邱炎+包丹丹

摘 要 根据大比例尺测绘的特点，结合无人机影像、RTK（单基站CORS）和全站仪的优势，提出了一种三者联合进行大比例尺测绘的新方法。结果表明该测绘模式能够在保证测绘精度的前提下极大的缩短作业流程，极大的降低外业测绘强度提高工作效率，在实际操作中其高效性与实用性得到印证。

关键词 CORS；全站仪；无人机影像

中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）166-0081-02

信息化为经济飞速发展提供强有力的保障，城市建设的信息化离不开地理基础数据的获取，特别是大比例尺地理数据的获取，大比例尺地图在城市规划、建设、交通、管理、社会与公众服务以及可持续发展研究等众多领域的作用日益重要[1]。对于如何快速、有效、高质量的获取大比例尺地形图研究对我国城市建设显得尤为重要。

1 RTK（单基站CORS系统） 及无人机技术特点

单基站CORS系统是基于单个运行基准站的定位技术，与GPS RKT系统的定位原理是相同的。但CORS系统利用网络移动通讯方式，保证了差分信号的完整性和有效传输性，其在测量的有效距离相对于传统RTK测量得到大幅度提升，单基站CORS系统持续不间断运行，无需额外架设基站，仅需一个流动站设备即可进行测量，极大的降低了人力成本提高生产效率。不过单基站CORS系统计算差分改正信息仅靠单一基站，其测量的有效范围不宜过大（一般30km左右），不过其完全满足中小区域测绘工作的需要[2]。

无人机低空遥感技术是航空遥感领域一个新的发展方向，具有低成本、快捷、灵活机动，以及数据高时效、高分辨率等特点[3]，并已逐步应用于大比例尺地图航空摄影测量领域，凭借自身的技术优势，可快速、高效获取高精度、高分辨率的低空影像数据，成为传统航空摄影测量的有效补充手段[4]。

2 实例应用分析

2.1 测区概况

测区位于天津市西青区天津师范大学校园，测区东西长1.2km，南北长约1km，测区范围大概1.2km2，地势平坦，建筑物相对密集。

2.2 单基站CORS系统和无人机影像的精度检验

单基站CORS系统的精度检验采用静态已知点检验法、反算基线长法。已知点检验法其检验结果如下：该系统实时动态定位内符合精度水平方向整体优于2cm，高程方向优于4cm，均高于设计精度；外符合精度水平方向整体优于3cm，高程方向优于5cm，也都优于系统的设计精度，说明了该CORS系统实时动态定位稳定可靠。反算基线长两者的差值反映了该CORS系统的实时定位精度符合规范要求。无人机的精度检验利用RTK测量测区内的12个特征点检验无人机精度，检核点的X方向上的误差均方差为0.344，Y方向上的误差均方差为0.062，点位误差的均方差为0.071，点位的最大误差为0.111，可满足1：2000地形图测绘的要求。

2.3 测量地物分类

《城市测量规范》要求测绘内容应包括测量控制点、水系、居民地及设施、交通、管线、境界与政区、地貌、植被与土质等要素。可将地物分成3类：1）全站仪测绘：其优点为不受信号影像、测绘形式灵活、与CASS交互性好。缺点为耗费人力多、有误差积累、易受人为因素影响[5]。所以利用全站仪来测量居民地建筑物；2）RTK（单基站CORS）：其优点为精度高、无误差积累、操作方便、节约人力。其缺点为易受信号制约、测绘方式不灵活。所以利用其来测量图根控制点、交通、道路附属设施、水系等；3）无人机影像优点为低成本、快捷、灵活机动、数据高时效、高分辨率。其缺点为精度受控制点精度的影响、地物的判读易受人为因素影响所以利用其来测量植被等信息。除了以上的测量方式的分类部分情况还需要两两联合观测，全站仪与单基站CORS系统结合测量，网络RTK与影像联合测量方式。

2.4 碎步测量

测区内建筑物分布密集，其信号受建筑物的遮挡，RTK无法观测其轮廓。在无人机影像中发现影像中的建筑物与实际测绘的建筑物边界会有偏差，故不能使用影像对建筑物进行绘图，对于建筑物的测量应利用全站仪进行，因RTK（单基站CORS）测量精度达到布设图根控制点的要求，所以可以在建筑物附近开阔地带利用其测量图根控制点，图根点之间的间距尽量大于此站全站仪测量建筑物的最远距离；测区内的交通附属设施例如地漏、下水井盖，独立、固定的大型宣传橱窗和广告牌，这些地物所处位置比较开阔信号好，地物分散，不适合使用全站仪观测。在无人机影像中地漏和下水井盖难以和人的影像区分开，所以这里选择RTK对这些地物进行测量。在利用RTK测量时地物点的命名采用地物类型的首字母缩写加序号的方式以便于内业成图时区分；测区内的道路采用RTK获取，采集时注意采集道路的特征点，例如拐点、起点、终点等；测区内地势平坦，且多为建筑物无需绘制等高线，绘制高程点便可，测区内的高程点采用RTK测量获取，根据1：2000比例尺测图的要求高程点尽量均匀分布，高程点间距大约30m；根据上文中对无人机影像的精度检验可知，无人机影像的精度为满足1：2000测图的要求，可用于绘制平面二维地物，植被可用无人机影像直接绘制，植被的类型可根据影像直接读取，如植被类型难以判读则需要去实地考察。

2.5 数据处理

1：2 000地形图成图按照《GBT 20257.1—2007 国家基本比例尺地图图式》绘制。

1）绘制坐标格网。设置参数，按照比例尺要求设置好参数，使用相应的工具绘制图廓；数据文件输入。

2）处理全站仪数据时将其数据x、y坐标对换位置，将数据通过“绘图处理”、“展野外点点号”导入到CASS7.0中。

3）地表实物的绘制。首先绘制边界点、公路、湖泊、高山等，勾勒草图的大致形状，然后绘高大建筑物、标志性地物、植被、河流等。由于图式符号均按图层划分，因此不能更改图层名称和属性；高程点展绘。在这里绘制的过程中按照3.4中的测量地物分类进行绘制。

4）点击“展高程点”，选择坐标数据文件，展出高程点。

5）测绘工作完成后，又对此次测图的的地物、地貌点与图根控制点进行了联测，采集的数据与图原数据相比较90%以上都符合限差要求。有部分地物、地貌有明显错误重新测量直到达到要求为止。

3 结论

传统全站仪测绘与单基站CORS系统、无人机影像联合测绘，实现了3种测绘方式的优势互补。RTK（单基站CORS系统）可直接布设图根控制点，大大提高了测绘效率，在地物密集、信号较差的区块采用全站仪测绘；单基站CORS系统测图可用于信号好、地物分散以及布设图根控制点等；在无人机影像上绘制可准确辨别的地物例如草地的范围、内部道路、其他居民地设施；3种测绘方式的联合大大提高了测图精度和工作效率，此方法还可以快速实现测区内地物的更新，此方法可为快速实现大比例尺城市测图提供借鉴。

参考文献

[1]刘玉洁，崔铁军，郭继发，等.无人机航摄大比例尺测图的关键技术分析[J].天津师范大学学报：自然科学版，2014，34（2）：37-40..

[2]陈明华，吴遇文.单基站CORS系统在中小区域测绘中的应用探讨[J].测绘，2011，34（3）：131-133..

[3]陈杰，童小华，刘向锋，等.黑河流域中游无人机遥感影像数据处理[J].地理信息世界，2014，21（1）：63-67.

[4]薛永安，王晓丽，张明媚.无人机航摄系统快速测绘矿区大比例尺地形图[J].测绘地理信息，2013，38（2）：46-48.

[5]孙斌，王飞，马程帅.全站仪与GPS技术在数字化地形图中的应用[J].河南水利与南水北调，2011（20）：59-61.

[6]胡晓斌.集全站仪和GPS（RTK）联合在数字测图中的应用[D].成都：电子科技大学，2012.