控制点测量、采集精度

521 控制点布设原则

（1）点位均匀分布。首先在图像的四角和对角线交点附近选取控制点，然后逐渐加密，保证控制点均匀分布。

（2）特征明显、易于判别、交通便利。控制点尽可能选在固定的地物交叉点，本次所选GCP 点多为影像特征明显的农村道路与农村道路交叉路口，交通便捷，测量人员便于到达的地方，且明确指定在交叉点点位的具体方位。

（3）要选择足够数量。每景选取 GCP 点数 25 个左右。

（4）相邻景重叠区选取不少于 2 个公共点。

（5）模糊定位，精确定点。为避免室内选点不能满足 GPS 测量选点的要求（如点位应远离高压线，避免多路径效应等），本次采取室内仅按照控制点的布设要求划定选框，选框为800×800 像素大小的矩形，在选框范围内，测量人员可根据实地的具体情况，选取既方便仪器架设，影像上又易于判别的点位。

522 控制点测量

GPS 控制点测量利用河南省大地控制数据 C 级 GPS 控制网点成果的三套数据（WGS 84 坐标系，1954 北京坐标系，1980 西安坐标系）作为起算数据，整个区域利用 C 级 GPS 大地控制点84 个，依据《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314—2001），采用静态方式同步进行观测，三台套 GPS 接收机为一组，观测时段长度为 45 分钟，卫星高度角≥ 15°，有效卫星总数≥ 4 个，作业员现场填写外业测量记录表。测量数据采用南方测绘软件进行基线解算及平差处理并进行高程拟合计算，分别解算出基于三套坐标系统的三套控制点坐标和拟合高程。

控制点选取定位及 GPS 外业测量现场照片如图 5-1 所示。

图 5-1 控制点选取定位及 GPS 外业测量现场照片

图 5-2 控制点分布图

遥感影像控制点的平面位置最弱点点位中误差 20 cm，高程拟合内符合精度 025 m，三维自由网平差基线改正最大为 03 m，同步环最大误差为 9 ppm，异步环最大误差为 15 ppm，最简单闭合环及附合路线最大边数为 10，最大边长为 35 km，平均边长为 15 km，无约束平差中基线分量的改正数均小于 3σ，约束平差中基线分量的改正数与无约束平差中同基线分量的改正数较差均小于 3σ，重复设站数为 12，数据剔除率为 3%，成果精度符合规范要求。

项目共涉及测量点位 1421 个，按照影像获取的先后顺序，可分为平顶山、许昌、漯河，开封、周口，郑州、焦作，商丘，新乡、鹤壁，驻马店、信阳西，洛阳、济源，南阳西，三门峡，信阳，安阳、濮阳，南阳东，洛阳、南阳等 13 个片区，各片区分布情况如图 5-2 所示。

除控制点之外，本项目还在平原区、丘陵区和山区采集了部分点作为检查点（其中平原区 34 个，丘陵区 32 个，山区 49 个），检查点分布情况如图 5-3 所示，平原区检查点显示为**，丘陵区为粉色，山区为红色。

图 5-3 检查点点位分布图

523 控制点采集

以景为单位，参照室内选点图，确定点位在该景的概略范围，依据控制点测量成果表以及测量时所拍的数码照片对 GPS 控制点进行逐点采集。采集时使影像放得足够大，提高定点的准确性，尤其是在采集景与景之间的共用点时，为保证镶嵌精度，确保不同景的同一个点位的采集定位尽可能接近。如图 5-4 所示。

需要控制点坐标，地图配准就是将控制点配准为参考点的位置，从而建立两个坐标系统之间的一一对应的关系。控制点就是当前没有配准前的点的坐标，而参考点就是希望配准后的坐标。图像之间的配准主要包括两个方面：其一，是确定足够数量的配准控制点；其二，是根据这些配准控制点确定两幅或多幅图像的像素之间的坐标对应关系。

管相荣

（河南省国土资源厅信息中心 郑州 450016）

摘 要：为了满足大区域控制点综合管理时针对多领域的需求，实现数据的共享所面临的坐标系统、属性结构、投影带、行政辖区、影像重叠区等问题，采用省域控制点图形图像数据库建立的案例分析，省域控制点图形图像数据库存储了控制点的属性、空间位置、图形图像等多项信息，叠合了行政辖区、原始影像、接合图表、投影带等信息，为第二次全国土地调查工作的开展提供了宝贵的资料和经验。

关键词：省域 控制点 GPS 控制点图形图像数据库

0 引 言

为确保“2010 年全国耕地面积不少于 18 亿亩（12 亿 hm2）的红线”，国家已经启动第二次全国土地调查，利用先进的技术和方法，力求建立“四级联动、上下互通”、“高保真”的土地利用数据库，实现土地管理的信息化、网络化。河南省作为全国人口和农业大省，土地总面积约167 万 km2，2007 年人均耕地面积 8134 m2，低于全国平均水平，在国家严控耕地面积的严峻形势下，如何摸清土地家底、有效集约管理土地资源尤为重要。近年来，河南省运用先进的“3S”技术和通信技术，已经开展了多项土地资源监测、地籍调查方面的研究。全国高分辨率影像数据处理及数据库建设项目（以下简称“遥感项目”）是第二次全国土地调查的先导，旨在为其提供宝贵的经验。河南省作为项目试点之一，2005 年以 GPS 实测点为控制数据，影像数据均采用SPOT 5 遥感影像，对平顶山、许昌、漯河、安阳四个地市的遥感影像进行处理，精度满足要求。2007 年项目在全省铺开，布设控制点数达上千个，按照《SPOT 5_25 m 数字正射影像图制作技术规定》及《第二次全国土地调查底图生产技术规定》的要求，对影像处理必须精确，影像纠正控制点是土地信息提取的关键所在，如何综合管理这些控制点数据十分必要；同时，就我国 GPS控制网而言，GPS A B C 级点布设达上万个，而以此为基准的下一级 GPS 控制点将更多，对其进行分板机统筹管理也势在必行。

影像纠正控制点的获取途径有两种：一种是 GPS 实测，另一种是从大于等于调查底图比例尺的已有图件上采集。遥感项目河南试点控制数据均为 GPS 实测点，省域控制点管理包括 GPS 实测点和图形图像控制点，涉及跨省域、投影带、属性结构设定、编号、叠加分析、条件查询、图形查询、精度评定、点位分布联测略图等问题，有必要根据实际的工作底图情况，建立控制点图形图像数据库，实现控制点位置信息、属性信息、图形图像信息的统一管理，力图为同类研究提供参考。

1 控制点基础信息获取

11 控制点的布设与测量

项目控制点布设的工作底图是 SPOT 5_25 m 遥感影像，河南省域涉及 80 多景 SPOT 5 影像，受卫星数据获取周期的影响，影像是分批次提供的，为保证项目进度，控制点的布设采用先来先选的原则分批次进行。选取要求有：

（1）选取影像清晰、易于判别、交通便利的明显特征点，如影像特征明显的农村道路交叉路口，并读取概略经纬度；

（2）均匀分布，控制区域大于工作区范围，每景控制点数不少于 25 个，山区适当增加；

（3）边缘选点，相邻影像重叠区不少于 2 个同名公共点；

（4）模糊定位、圈定范围，为便于精确定位点的灵活性，采用 800 像素 ×800 像素的正方形选框，外业测量时可以在此选框内灵活定点，一般要求选框中间点位优先选用；

（5）内业选点难以测量时，可适当在该点附近重新选点，外业要作详细记录。

项目区覆盖多景影像，为的是选点均匀，公共点布局合理，在选取某景影像控制点时应同时参照相邻景，单景保证四角有点，其间三角形布点。控制点编号采用××××××_××××××_××，第一个“_”前为控制点所在景号，第一、第二个“_”之间为控制点所在影像的时相，共 6 位，采用年月日格式，第二个“_”后为控制点所在影像内序号，如 273280_061101_10, 表示景号为 273280、时相为 2006 年 11 月 1 日的影像上的第 10 个控制点，另外在测量成果表中增加测量编号和标准编号，测量编号是控制点布设实时编号，对应外业测量表中的序号，标准编号则按 1∶1 万标准图幅为基准，自上而下、自左而右的编号，如I49G030050, 以求更好地管理和应用控制点基础资料，为此我们设计了控制点测量成果表。

考虑到项目区山区、丘陵、平原均有分布，不同地形都选取检查点，在布点时类同控制点选取，只是在影像正射纠正时根据参与运算与否才设定其是控制点或是检查点。三种地形特征检查点可以从不同地形下分析控制点精度，对于布点较为困难的山区，可以打破单景的局限，采用区域布点检查法。

以国家 C 级 GPS 大地控制点为基准，采用静态方式同步进行观测，3 套 GPS 接收机为一组，观测时段长度为 45 min，卫星高度角≥ 15°，有效卫星总数≥ 4 个，作业员现场填写外业测量记录表，测队队员定时进行业内汇合，整个省域全部控制点测量耗时近 1 年，共完成 1454 个控制点的测量。

项目共布设 13 个测区，外业实地测量均采用环形布点形成一个整体的 GPS 控制网，各测区以不同的颜色表示，控制点间平均距离约 13 km，点位序号是项目区需要测量的纠正控制点测量编号，不足 4 位的前加“P”表示，前面加“C”的点则表示已有的 C 级 GPS 控制点。

12 控制点坐标及投影带的设置

控制点有 4 套坐标系统：西安 1980 坐标、北京 1954 坐标、WGS84 坐标、概略经纬度及高程。

项目采用高斯－克吕格投影 3 度分带、1985 国家高程基准、北京 1954 坐标系。河南省域跨越 37、38、39 带，测量的坐标数据存在 3 套数据，通常构建数据库时坐标系统的中央经线为114°，即 38 带。为确保整个省域建库数据为统一的坐标系统，就应把 37 带、39 带内的控制点进行换算，一般采用高斯投影、反算公式间接换带计算。现在把 37 带、39 带的控制点坐标换算成 38 带，见表 1。实测测量时，可通过仪器设置或基于坐标换带公式原理开发的专用软件换算。

表1 GPS 控制点 3 度分带相邻带坐标换算对应表（河南省）

续表

13 属性结构设定

为便于管理控制点图形图像数据库，并为后续国土研究提供基础资料，因此尽可能详述控制点的属性信息。表 2 是设定的控制点库表结构。

表2 控制点文件属性结构一览表

属性结构设定的特色：

（1）3 套编号系统（标准编号、景内编号、测量编号）。标准编号是所有 GPS 实测控制点选取完毕后，为便于管理，以 1∶1 万标准图幅为底图采用“自上而下、自左而右”原则重新编号，命名采用“1∶1 万标准图幅号 _ 图幅内序号”；景内编号则是就单景而言，景号 _ 时相 _ 景内序号命名；测量编号则是在项目实施中实际工作选点编号，作为控制点成果表整理及入库的依据。

（2） 4 套坐标数据（北京 1954 坐标、西安 1980 坐标、WGS84、概略经纬度）。概略经纬度可以对控制点在实地测量前进行模糊定位，此外也为了后期插叙的需要，例如，对一景现实性影像，通过幅宽经纬度可查询到其间大致所覆盖的控制点信息，减少了选点、测点等重复性工作。

（3）挂接点位影像、图形及实地信息。控制点影像库不仅有点的属性描述，也有点位图形和实测信息，使控制点信息更加丰富。

（4）与权属库、接合图表、影像范围图叠合，便于查看控制点的区域型分布、与影像及图幅间的关系。

14 与遥感影像的套合

控制点是遥感影像定位的基本参照信息，已知工作区的 DEM 和影像控制点坐标信息，就可以对影像进行几何纠正和投影差改正，制作数字正射影像图（DOM），提取土地利用现状信息，构建土地利用数据库，此亦第二次全国土地调查的前期业内工作。通常，我们是先在原始影像上布设控制点，测量其坐标信息，然后影像处理，即影像选取点、点定位影像的工作模式。但建立河南省控制点图形图像数据库后，对省域内任意工作区的影像，即没有投影和平面坐标信息的现时性影像，可以通过影像头文件找其所包含的控制点信息，避免了重复选点、测点。

控制点影像数据与遥感影像的套合、叠加查询分析，需要两者间存在恒定的某种信息。控制点是地球上的固定点，SPOT 5 遥感影像的头文件里显示影像获取时间及影像的经纬度坐标（大地坐标），为避免大地坐标与高斯平面坐标转换时的误差影响影像处理精度，目前只能通过两者的经纬度坐标，对影像包括的控制点信息进行模糊查询，然后再准确定位点。在 MapGIS 平台中，可以通过影像的经纬度坐标将其范围框直接定位到控制点图形图像数据库的平面坐标工程上，很直观地查看三者间的关系，如图 1 所示。

图1 控制点、影像、行政区空间关系图

2 控制点图形图像数据库构建

经过“布点、测点”后，在 ERDAS 软件的 LPS 模块里对控制点进行严格的精度检查，只有满足精度要求后才可入库，具体流程如图 2 所示。同时设定了数据库文件的组织（表 3）。基于上述数据库建设思路，在 MapGIS 平台上构建了控制点图形图像数据库，如图 3 所示。

图2 GPS 控制点图形图像数据库建库流程

图3 河南省 GPS 控制点图形图像数据库

表3 GPS 控制点图形图像数据库文件

3 结 论

控制点作为基础地理数据，其重要性不言而喻，河南省域共布设 1000 多个实测控制点，历时近 1 年，耗费了相当的人力物力，控制点图形图像数据库的建立旨在实现信息共享，避免资源浪费，为国土及其他领域的研究提供了宝贵的基础资料，尤其是在第二次全国土地调查河南工作区，控制点图形图像数据库对调查底图制作起到了十分重要的作用。另外，省域型控制点图形图像的建立也为大区域多数量控制点数据的综合管理提供了点滴参照。当然也有未涉及的内容，如不同等级控制点的管理、控制点的三维布局再现等。

参 考 文 献

GB/T 18314—200《1全球定位系统（GPS）测量规范》［S］

苏小霞，李英成2006全国多级多分辨率图形图像控制点数据库的建立与应用展望［J］ 遥感技术与应用，21（3）：265～230

王之卓1990摄影测量原理（英文版）［M］ 武汉：武汉测绘科技大学出版社

曾福年，赵翠玲2006图像控制点库的建立及应用方法探讨［C］2006 年中国土地学会学术年会论文集

张继贤，马瑞金2000图形图像控制点库及应用［J］ 测绘通报（1）：15～17

（原载《郑州大学学报（工学版）》2008 年第 2 期）

做得好一点的控制点用混凝土加个钢筋刻上十字丝埋在土里，偷懒差一点的随便做：比如在一个树桩用刀刻哥十字丝印子，或是在较平的岩石上用油漆土个十字丝。这些都是可以当做控制点。当然你也可以按你自己的想法做，只要这个点够稳，点够清晰。而我们现在只有做好了控制点，却没有控制点的在我们中国地图上的坐标高程数据，这时候就需要用到GPS，用天上无数个GPS卫星在太空中运行的轨迹瞬间坐标算出你地上所需要测的控制点的数据，经过软件运算平差后就得到一个有了坐标高程的控制点。

既然要测绘地形图，首先当然要确定所使用的坐标系统和高程系统，比如1980西安坐标系和1985国家高程基准。

使用GPS静态做控制，必须至少知道2个高等级的控制点坐标和高程，才能够将建立平面坐标转换的四参数模型；如果知道3个已知控制点的坐标和高程，才能够建立空间直角坐标系转换的七参数模型，将WGS-84坐标系转换为我国的坐标系统，同时，也便于获得较为准确的高程拟合参数，将GPS大地高转换为近似正常高高程。

GPS静态测量外野工作结束后，室内主要工作就是数据处理：

1 GPS观测值的导出和预处理；检查文件名，测点点号，时段号，仪器高等。

2基线解算和检核。如每一时段内的同步环和异步环的闭合差，复测基线的互差等

3GPS网平差：WGS84下的无约束自由平差，国家坐标系下的约束网平差

4高程拟合：通过已知的多点控制点高程，建立高程拟合模型，将GPS大地高转换为近似的正常高。

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