數碼相機GPS定位和方位角精度探討

□李文強

（山西省測繪工程院，山西太原030002）

數碼相機GPS定位和方位角精度探討

□李文強

（山西省測繪工程院，山西太原030002）

在地理國情普查工作中，使用數碼相機拍攝樣本照片是最為重要的關鍵環節之一。本文詳細分析了影響照片信息的GPS定位精度、電子羅盤方位角精度的因素，并結合實際工作，論述了精度檢測以及精度優化采取的措施。

地理國情;照片信息;GPS定位;方位角;精度檢測;優化措施

1.引言

在第一次全國地理國情普查工作中，數碼相機拍攝的照片被廣泛應用于影像解譯地類認定、國情要素采集、樣本數據采集、外業核查與檢查等作業環節。數碼相機拍攝的照片對內業定性起著至關重要的作用，可以說外業采集的照片貫穿度和方位角精度是遙感解譯樣本數據的重要屬性，直接影響著遙感解譯樣本數據庫的質量好壞。削弱影響數碼相機GPS定位平面精度和電子羅盤方位角精度的諸多不利因素，提高兩者的精度，正是我們在作業過程中不斷探索的意義所在。

2.精度影響因素

2.1 GPS定位精度

數碼相機內置GPS信號接收天線及信號處理芯片，影響GPS信號接收的因素很多，來自衛星部分的星歷誤差；來自信號的電離層、大氣的對流層、多路徑效應；來自信號接收的位置誤差、天線相位中心變化；來自地面環境（如高大的建筑物、樹、大面積水域）的因素都會影響GPS對信號的接收。另外數碼相機使用方法不規范，拍攝點位置、拍攝角度選取不合理等人為因素對GPS定位精度的影響也是不容忽視的。

2.2 電子羅盤方位角精度

電子羅盤是根據地磁原理計算磁航向角。影響電子羅盤定向精度的因素主要有：（1）電子羅盤A/D轉換的分辨率；溫度影響；磁傳感器誤差；地球磁場的變化；羅盤的傾斜誤差，這些因素在數碼相機的電子羅盤設計中是應必須解決的，我們使用時檢測電子羅盤方位角精度符合要求并按照說明書正確操作相機就可以了。（2）外界環境的介質引起的磁場變化導致電子羅盤方位角精度下降，降低或消除外界干擾磁場對其精度的影響是使用數碼相機過程中必須解決的問題。

3.精度檢測方法

3.1 GPS定位平面精度檢測

（1）外業控制點制作：

在空曠地區選擇控制點A，使用GPSRTK對其進行觀測，解算出控制點A的CGCS2000坐標。

（2）相機參數設定：

GPS設定：記錄GPS數據開啟；更新A-GPS文件。

（3）觀測方法：

使用腳架在控制點A上安置相機。對中后，相機開機，等待GPS信號穩定后，每臺相機采集3次或3次以上數據。

（4）數據處理：

導出相機數據，采用WalkSurface軟件讀入照片，根據照片信息中記錄的拍攝點GPS平面定位信息，解算出照片點位的CGCS2000坐標，計算各照片點坐標與控制點A的坐標誤差，然后求出相機GPS平面定位精度中誤差。解算公式為：

某編號64302034的尼康AW110s數碼相機采集數據坐標展點圖如下，圖中三角為控制點，圓圈點為觀測點。

3-1拍攝點坐標展點圖

量測距離誤差為

觀測序號 與控制點距離（米）10.7 2 0.830.9 40.851.861.8

解算得m=1.2米，由此知道該數碼相機GPS位置定位平面精度。

3.2 電子羅盤方位角精度檢測

（1）外業控制點制作：

在空曠地區選擇控制點A、B，使用GPS-RTK對其進行觀測，解算出控制點A、控制點B的CGCS2000坐標，求出方位角αAB。

（2）相機參數設定：

羅盤顯示開啟；

電子羅盤重新進行校正。

（3）數據采集：

在A點安置腳架，在腳架上面假設平板，然后在平板上放樣出方位角αAB，用量角器做一條αAB的垂直線αCD。

每臺相機放置于αCD線上，朝向B方向，進行三次以上數據采集。

（4）數據處理：

導出相機數據，采用WalkSurface軟件讀入照片，根據照片信息中記錄的照片方位角信息，計算各次觀測的平均方位角αAB,然后與αAB進行比較，得出相機方位角精度。相機記錄方位角為磁方位角，控制點解算出的方位角為真方位角，磁方位角與真方位角差值為磁偏角，數量級一般在秒級，可以忽略不計。

某編號64302034的尼康AW110s數碼相機采集數據如下，根據A點坐標和B點坐標解算得αAB=56.31,αAB=59.18，解算得α=2.87°，由此知道該數碼相機方位角精度。

相機編號觀測1（°）方位角精度（°）64302034 59.6058.8358.0360.24 59.18 2.87觀測2（°）觀測3（°）觀測4（°）觀測結果（°）

4.精度優化措施

4.1 外業照片采集

（1）及時更新數碼相機A-GPS文件。

（2）檢查GPS信號接收按鈕是否開啟，GPS信號接收是否正常。

（3）拍攝位置選取應避開樹、建筑物、大面積水域等影響GPS信號接收的位置。

（4）拍攝時，相機避開電子設備（電池、手機）、金屬物件等其他近磁場，以及影響電子羅盤的物體。

（5）建議拍攝時間15-20秒。時間太短，GPS信號及電子羅盤不穩定；時間太長，電子羅盤存在惰性，影響方位角精度。

（6）拍攝前，進行電子羅盤的校正。一般采用正8字形校正，開啟電子羅盤的校正按鈕，按正8字形旋轉相機，電子羅盤校正完成。

4.2 內業數據編輯

依據《遙感影像解譯樣本數據技術規定》，拍攝點位置定位精度一般控制在15米以內，照片方位角精度應在5度以內。內業整理照片時，有些照片信息的拍攝點位置定位精度和照片方位角精度偏差太大，可以通過內業編輯進行糾正。

（1）在WalkSurface軟件平臺下定義CGCS2000坐標系和坐標投影。

4-1投影坐標系設置（加載CGCS2000坐標系）

（2）加載外業實地照片對應的正射影像圖，批量讀入照片。

（3）參照外業核查底圖，拍攝點位置偏差大的，修正到拍攝點的正確位置，并對該點拍攝位置重新賦值，拍攝點正確位置的經緯度自動記錄到照片信息中。

4-2照片拍攝點位置重新賦值

（4）參照外業核查底圖，修正后拍攝點位置移動到樣本點位置，軟件根據其移動軌跡，計算拍攝距離和照片方位角，并把計算出的正確照片方位角自動記錄到照片信息中。

4-3計算照片方位角

（5）通過內業編輯處理，拍攝點位置定位精度和照片方位角精度偏差大的照片信息就基本上滿足規程精度要求了。

4-4糾正后的照片拍攝點位置及方位角信息

4-5拍攝點糾正前、后位置及樣本點位置關系圖

5.結束語

雖然影響數碼相機GPS定位和方位角精度的因素很多，但是通過采取科學合理的作業方法和精度優化措施，各種因素的影響可削弱或基本消除，能夠確保照片信息準確，進而保證了遙感解譯樣本數據庫的質量。尤其是在內業數據編輯過程中，提高了作業效率。正確認識并積極合理地解決數碼相機拍攝照片過程中遇到的諸多不利因素，將有利于地理國情普查工作的順利開展。

參考文獻：

【1】GDPJ 01—2013《地理國情普查內容與指標》[S].國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室.2013（8）.

【2】GDPJ 06—2013《遙感影像解譯樣本數據技術規定》[S].國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室.2013（8）.

【3】GB/T 18314-2001《全球定位系統（GPS）測量規范》.

【4】蔣賢志.《數字電子羅盤誤差分析及校正技術研究》.

【5】《尼康COOLPIX AW110s型數碼相機使用說明書》.尼康映像儀器銷售（中國）有限公司.

P237

B

2095-7319（2014）05-0065-05

李文強（1971—），男，山西太原人，工程師，1993年畢業于鄭州測繪學校工程測量專業，現在山西省測繪工程院工作，主要從事工程測量與地理信息數據建庫工作。