手持GPS輔助的數字刺點方法

尚海興，黃文鈺，巨天力，賈克寧，李祖峰

（1.中國水電顧問集團 西北勘測設計研究院，陜西 西安 710065）

手持GPS輔助的數字刺點方法

尚海興1，黃文鈺1，巨天力1，賈克寧1，李祖峰1

（1.中國水電顧問集團 西北勘測設計研究院，陜西 西安 710065）

介紹了數字刺點方法的詳細工作流程，借助手持GPS設備進行野外數字刺點，實時導航數據快速抵達目標像控點實地位置，在Global Mapper中對數字影像進行縮放瀏覽，在影像上標定好具體像點位置、點之記、現場作業照片，測量地面坐標后以數據庫形式將成果回傳內業。該方法能提高刺點可靠性和效率，在紋理稀少測區應用中具備較強實用性。

手持GPS；刺點；Google Earth；像控點

航空攝影測量外業像控點選刺的效率和精度直接決定了整個測區任務的進度和成果質量[1-4]。傳統刺點方法存在以下缺陷：①像控點選點條件嚴格，對作業員航片判讀能力和像控點選刺經驗要求較高，尤其在荒漠、戈壁等影像紋理單一，參考物匱乏地區影像判讀難度大，且易出錯；②紙質相片無法放大，微觀地形難以準確顯示，刺點存在偏移，個別點位刺點誤差超限；③在地形和道路復雜地區，抵達目標像控點位現場較為耗時；④傳統紙質成果易損毀，不便攜帶，外業成果回傳內業速度慢。

圖1 數字刺點方法流程圖

1 數字刺點方法

1.1 作業流程

數字刺點方法由內業選點和外業刺點組成。確定布點方案后，根據航片重疊度在刺點片上選定覆蓋測區的目標像控點（待刺點），內業在Google Earth影像上將其全部標定并將其大地坐標導入手持GPS。外業借助野外數字刺點設備進行目標像控點位實時導航，在作業現場利用Global Mapper對數字航空影像進行無級放大，準確選定像控點位。架站測量該點地面坐標后，將點位像點坐標、點位現場文字描述、現場作業照片、點位地面坐標等信息以數據庫形式存儲，并回傳內業環節。具體流程如圖1所示。

數字刺點方法優勢包括：①手持GPS定位精度高，在對空條件佳時，實際單點定位精度可達10 m以內[5,6]。②Google Earth衛星影像覆蓋范圍廣，部分地域為高分辨率影像。

1.2 像控點選擇與坐標提取

按照規范要求，像控點應選用相片上交角良好、目標清晰的線狀地物或易于辨識的點狀地物中心（地物大小視成圖比例尺而定），如小路交叉口、獨立草丘、房角等。 點位在相片上的具體位置參見《航外規范》[3]像控點選點條件。

室內像控點目標的選擇依照上述原則進行，刺點片上選定目標后，在Google Earth中利用目視判讀的方式轉標所有目標像控點，獲取所有目標點的WGS84大地坐標。逐點選取完畢后，將所有點另存為一個KML文件，利用基于VC++自主開發的轉換程序將KML文件中的點位大地坐標批量提取并整理后導入手持GPS中。

刺點片選定目標像控點后，應繪制像控點點位略圖，用以建立像控點與所在重疊影像之間的索引關系，便于生產安排和內業空三加密添加控制點時快速檢索，如圖2所示。

圖2 像控點位略圖

2 野外數字刺點方法

2.1 系統組成

野外數字刺點設備由平板電腦、手持GPS接收機、數據通信線3部分組成（如圖3所示）。為保證平板電腦和手持GPS通信正常，硬件連接后需要在平板電腦中安裝手持GPS設備USB驅動程序。平板電腦配置：Windows 8 操作系統、Intel 第3代 i5 酷睿處理器、128 GB SSD硬盤、計算機性能滿足框幅式影像運行要求；電池續航能力約8 h，滿足外業使用需求，加配拆卸電池，可延長使用時間。

2.2 手持GPS實時導航

圖3 野外數字刺點設備

刺點作業時，在道路復雜地區，傳統刺點模式即便借助向導領路，也經常跑“冤枉路”，嚴重影響作業效率。Google Earth的高分辨率衛星影像具有較為清晰、現勢性較好的道路信息，可為到達預定點位提供最優交通路線。

采用的Garmin 60CSx手持GPS接收機，實際定位精度在10 m以內，完全滿足實時導航和預設像控點位定位的需求。用手持機數據線將接收機和平板電腦連接，保證端口正常通信。打開Google Earth，瀏覽當地影像，確保目錄C:Documents and Settings AdministratorLocal SettingsApplication DataGoogle GoogleEarth中存在文件名為dbCache.dat的緩存文件，因記錄了聯網瀏覽時下載的影像文件和坐標數據,故野外離線狀態仍可打開Google Earth高分辨率影像。在“工具”菜單，選擇“GPS”菜單項，點擊“實時”頁，選擇協議“Garmin PVT”點擊開始，當接收機捕獲到足夠衛星數時，自動在Google Earth顯示當前位置，如圖4所示。根據當前定位目標，測量員可選擇較為合理的交通路線，直達預定位置。該方法方便快捷，尤其在戈壁地形及其相似地區可有效避免誤判。另外，下載Google Earth高分辨率影像后在Global Mapper中也可實現實時導航，如圖5所示。

2.3 數字刺點與整飾

圖4 Google Earth中實時導航（藍點為當前行車位置）

圖5 Global Mapper中實時導航（綠色箭頭為當前行車位置）

抵達目標像控點后，按照像控點位縮略圖，利用平板電腦在Global Mapper中打開各相關影像，在各數字影像上通過瀏覽縮放判定影像上準確像元后，進行點位標記和點位文字說明。經第2作業員確認無誤后，測量該點地面坐標，并對測量現場拍照（圖6）。最后以點號為索引建立像控點數據庫，存儲像控點像素坐標、所在控制片號、3種放大倍率的示意圖、點位文字描述、刺點者及日期、檢查者及日期、地面坐標、現場作業照片等信息，數字刺點片整飾樣例如圖7所示。內業人員打開數據庫后可快速檢索相關點位信息。

圖6 作業現場照片

圖7 數字刺點片整飾樣例

3 結 語

該作業方法有著明顯的技術優勢，如表1所示。

基于手持GPS導航，提高影像判讀效率和可靠性，利用平板電腦直接在數字影像上標定像控點位至像素級，并以數字形式保存點位文字描述、現場作業照片等信息，可提高野外刺點的可靠性和作業效率。該方法已在陜北黃土塬、哈密戈壁、酒泉戈壁等地區投入使用，具備較強實用性。無人機航測像控點布設密度往往較大，以數據庫方式管理數字刺點片的方法可有效提高無人機像控點測量和內業加點效率。

表1 傳統紙質刺點與數字刺點比對

[1] 曾慶偉,吳戰克.GPS手持機+Google Earth聯合進行像控點選刺的探索與應用[J].鐵道勘察,2009(4):57-58

[2] 欒學科,姚喜,王志博,等.航空數碼影像像控布點方案的研究[J].城市勘測,2010(4):103-106

[3] GB/T 7931-2008.1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖航空攝影測量外業規范[S].

[4] GB/T 7930-2008.1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖航空攝影測量內業規范[S].

[5] 程新文,陳性義.手持式GPS定位精度研究[J].測繪通報,2004(9):20-22

[6] 范麗琨,周曉中.手持GPS在1∶5萬水系沉積物測量中的應用[J].黃金科學技術,2008,16(6):36-37

[7] CH/T 3006-2011.數字航空攝影測量 控制測量規范[S].

P231

B

1672-4623（2015）03-0135-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.047

尚海興，碩士，從事數字攝影測量研究和水電工程測繪工作。

2014-03-13。

項目來源：中國水電工程顧問集團科技資金資助項目（GW-KJ-2012-21）。