国家基础航空摄影—东海岛摄区外业地面测量
一、任务概况
1. 工作任务及主要工作内容
受上海航遥信息技术有限公司委托，北京中勘迈普科技有限公司承担了国家基础航空摄影—东海岛摄区外业地面测量任务，主要工作内容有：
1) 防城港市光坡镇、湛江市东海岛东山镇、三亚市区和田独镇以及万宁市区四地各两个基站，共8个基准站航摄飞行期间同步观测和基站联测；
2) 一二分区、三分区、四五分区三处精度检测场（各11点）共33个检测点GPS联测；
3) 8个基站点四等水准联测；
4) 33个精度检测点水准联测。
2. 任务完成情况
项目组于2010年1月完成测区踏勘和基站选址工作，2月6日开始基站架设和检测场控制点测量，至2011年12月完成全部测量任务。
项目组采用先进的GPS接收机、全站仪和电子水准仪，历时24个月，完成了东海岛摄区8个基站点航摄期间同步观测和基站联测，三处精度检测场33个控制点GPS测量，基站点和精度检测点水准联测工作，采用连续运行站联测技术得到高精度的基站控制点WGS84坐标和2000国家大地坐标系坐标，通过基站点坐标推算出精度检测点的平面坐标，通过水准联测得到基站点和精度检测点的海拔高程。GPS平差、水准平差的各项成果符合项目设计书要求。
3. 资料利用情况
（1）平面控制资料
本测区基站点WGS84坐标和2000国家大地坐标由国家基础地理信息中心利用测区周边连续运行GPS跟踪站计算，其它控制点坐标则通过8个基站点联测得出，因此未收集平面控制资料。
（2）高程控制资料
摄区第一分区内分布有广西测绘局一大队1986年9月施测的上防线二等水准路线，第三分区内分布有廉江-海口一等水准路线，第四、五分区内分布有文昌-榆林一等水准路线，可作为水准联测的起闭点。
全区利用的水准点如下： 表1-1
点名 | 等级 | H | 备注 |
SF31S | 二等 | 10.××× | 上防线 |
LH21 | 一等 | 11.××× | 廉江-海口 |
IWY69 | 一等 | 15.××× | 文昌-榆林 |
IWY52 | 一等 | 10.××× | 文昌-榆林 |
IWY35 | 一等 | 21.××× | 文昌-榆林 |
4. 投入设备及工作进度
本项目投入了3个基站观测小组、1个GPS测量小组、1个水准测量小组，组成12人的测量分队，分头完成GPS控制测量和水准联测任务。
投入的主要软硬件设备有: 表1-2
序号 | 设备及软件名称 | 型号/版本 | 数量 | 精度指标 | 用途 |
1 | GPS接收机 | Trimble 5700 | 3 | 3mm + 0.5ppm RMS（H） 3mm + 1 ppm RMS （V） | GPS测量 |
2 | GPS接收机 | 南方测绘S82T | 3 | 5mm + 1ppm RMS（H） 105mm + 1 ppm RMS （V） | GPS测量 |
3 | 水准仪 | ZDL700 | 1 | ±1mm / Km | 水准测量 |
4 | 笔记本电脑 | Benq | 2 | P4 系列 | 内业计算 |
5 | TGO 软件 | V1.62 | 2 | GPS数据处理 | |
6 | NASE平差软件 | V3.0 | 2 | 水准计算 | |
8 | 越野车 | 长城 | 2 | 运输 |
工作进度情况如下：
n 2010年1月24日～29日，完成测区踏勘、基站选址工作。
n 2010年2月3日，工作人员开始进场架设基站。
n 2011年12月15日，完成基站联测和精度检测点测量。
n 2011年12月22月，完成数据资料处理工作。
二、主要技术依据
1. 作业依据
(1) 《海岛（礁）数字航空摄影技术规定》
(2) 《国家基础航空摄影产品检查验收和质量评定实施细则》（试用稿），国家测绘局
(3) GB15967-1995《1：500 1：1000 1:2000地形图航空摄影测量数字化测图规范》
(4) GB/T7931-2008《1:500、1:1000、1:2000地形图航空摄影测量外业规范》
(5) GB/T18314-2009《全球定位系统（GPS）测量规范》
(6) 《惯导与差分定位技术（IMU/DGPS）辅助航空摄影技术规定》
(7) GB 12898-91《国家三、四等水准测量规范》；
(8) CH 1002-95《测绘产品检查验收规定》；
(9) CH 1003-95《测绘产品质量评定标准》；
(10) 数字航空摄影资料整理说明（试行）
(11) 本项目专业技术设计书。
2. 坐标系统和高程基准
GPS测量采用WGS84大地坐标系。
平面坐标系统采用国家2000坐标系。
高程系统采用1985国家高程基准。
三、地面控制点的布设
1. 基准站
本项目依据以下原则设置3个基准站：
当成图比例尺为1：1000时，基站距离摄区内任一位置不得超过30公里；当成图比例尺为1：2000时，基站距离摄区内任一位置不得超过50公里。
一二分区航摄基站选在防城港市光坡镇，基站名为GPZ1和GPZ2。
图3-1 防城港（一二分区）基站点布设示意图
图3-2 GPZ1基站现场照片
三分区航摄基站选在湛江市东海岛东山镇，基站名DHD1、DHD2。
图3-3 东海岛（三分区）基站点布设示意图
图3-4 DHD1基站现场照片
四分区航摄基站选在三亚市区和田独镇附近，布设两台静态GPS基站，保证第四摄区位于基站覆盖半径50km范围内，命名为“SYSX”、“TDZX”。
图 3-5 四分区航摄基站位置示意图
图3-6 TDZX基站现场照片
图3-7 SYSX基站现场照片
于万宁市布设两台静态GPS基站，保证第五摄区位于基站覆盖半径50km范围内；命名为“WNXX-LCG”、“WCZX-LCG”
图 3-8 五分区航摄基站位置示意图
图3-9 WNXX基站现场照片
2. 精度检测场控制点
本项目在一分区（防城港市）范围内精度检测场一处，布设11个控制点。检测点均选在成像清晰明显、利于航片内业判读的明显地物上。
检测点按4位字符编号，以“防城（FC）”代表检测场点名的首两个字符。
检测点均做了点之记并在实地以钢钉或喷涂做了标记。
检测点均按北方向拍摄了点位数码像片。
图3-10 一二分区精度检测控制点布设示意图
在三分区（东海岛东山镇）附近布设精度检测场一处，共有11个控制点。检测点按4位字符编号，以“东山（DS）”代表检测场点名的首两个字符。
图3-11 三分区精度检测控制点布设示意图
在四分区（三亚市英周镇）附近布设精度检测场一处，共有11个控制点。检测点按4位字符编号，以“三亚（SY）”代表检测场点名的首两个字符。
图3-12 四分区精度检测控制点布设示意图
3. 控制点刺点整饰
刺点均在像片背面进行了整饰。高于地面的刺点目标量注顶部与地面的比高至0.1米,且在像片反面整饰中加以说明。选择在陡坎等地物边缘的点,在像片反面整饰注明刺点在坎上或坎下,并量注比高至0.1米，在反面整饰中注明。
像片的刺点误差均小于像片上0.1mm，刺孔直径小于0.1mm，没有双孔现象。全部像控点经第二人实地检查。
像片正面用直径7mm，线划粗为0.2mm的红色空心圆圈表示点位，在空心圆圈下边注明点号，像片的反面实地绘制点位略图，说明刺点位置。略图大小为2cm×2cm。像片反面整饰用铅笔，形状和大小与正面相同。做到点位、略图、说明三者一致。
刺点者、检查者均在像片反面签名。
四、控制点平面位置测量
1. 基站联测
全部基站点均组网观测，各点均观测两个时段，每时段有效观测时间不少于12小时，数据采样间隔30秒，卫星高度角5度，详见基站点观测记录表。
2. 精度检测场控制点联测
检测场控制点采用快速静态定位法组网联测，同步观测1个时段，数据采样间隔15秒，观测时间不少于120分钟。
3. 平差计算及精度统计
外业数据采集经检查无误后采用Trimble Geomatics Office V1.63软件对控制网进行平差计算。在完成基线数据质量检查后，对控制网观测数据质量进行检查：
防城港检测场控制网闭合环精度统计： 表4-1
长度 | D水平 | D垂直 | PPM | |
通过/失败指标 | .030m | .050m | ||
最佳 | .002m | .000m | 0.112 | |
最差 | .205m | .069m | 5.739 | |
平均闭合环 | 37081.919m | .047m | -.001m | 1.381 |
标准偏差 | 1860.162m | .070m | .028m | 1.989 |
东海岛检测场控制网闭合环精度统计： 表4-2
长度 | D水平 | D垂直 | PPM | |
通过/失败指标 | .030m | .050m | ||
最佳 | .000m | .001m | 0.487 | |
最差 | .009m | .008m | 3.255 | |
平均闭合环 | 4526.089m | .003m | .005m | 1.603 |
标准偏差 | 1717.954m | .003m | .002m | 0.944 |
三亚检测场控制网闭合环精度统计： 表4-3
长度 | D水平 | D垂直 | PPM | |
通过/失败指标 | .030m | .050m | ||
最佳 | .005m | .215m | 1.439 | |
最差 | .005m | .215m | 1.439 | |
平均闭合环 | 149358.251m | .005m | .215m | 1.439 |
以上说明控制网的闭合环精度符合要求。
以基站点为已知坐标点，对控制网进行WGS84框架下的三维约束平差，得到控制点的点位误差和大地高误差。
防城港检测场控制点误差统计（单位：m）： 表4-5
点名称 | 北坐标 | 纵轴误差 | 东坐标 | 横轴误差 | 点位误差 |
FC01 | 2410187.225 | 0.005 | 36787.003 | 0.006 | 0.008 |
FC02 | 2410031.297 | 0.005 | 36814.213 | 0.005 | 0.007 |
FC03 | 2410026.820 | 0.011 | 39438.310 | 0.015 | 0.019 |
FC04 | 2410053.279 | 0.011 | 39470.692 | 0.015 | 0.019 |
FC05 | 2409188.598 | 0.004 | 38040.091 | 0.005 | 0.006 |
FC06 | 2409223.652 | 0.003 | 38118.695 | 0.004 | 0.005 |
FC07 | 2409469.120 | 0.037 | 37967.300 | 0.046 | 0.059 |
FC08 | 2408254.670 | 0.004 | 37003.559 | 0.006 | 0.007 |
FC09 | 2408257.081 | 0.004 | 36994.824 | 0.006 | 0.007 |
FC10 | 2408281.127 | 0.007 | 39193.431 | 0.009 | 0.011 |
FC11 | 2408278.322 | 0.006 | 39354.220 | 0.008 | 0.010 |
GPZ2 | 2395470.659 | 0.001 | 50523.021 | 0.001 | 0.001 |
网中最弱点FC07，最大点位中误差0.059米。
东海岛精度检测场控制点误差统计（单位：m）： 表4-6
点名称 | 北坐标 | 纵轴误差 | 东坐标 | 横轴误差 | 点位误差 |
DHD1 | 2325869.478 | 0.000 | 436751.481 | 0.000 | 0.000 |
DHD2 | 2325869.600 | 0.002 | 436739.854 | 0.002 | 0.003 |
DS01 | 2325937.648 | 0.006 | 433740.651 | 0.005 | 0.008 |
DS02 | 2325928.556 | 0.004 | 433738.092 | 0.004 | 0.006 |
DS03 | 2326040.153 | 0.010 | 438026.069 | 0.006 | 0.012 |
DS04 | 2326039.878 | 0.006 | 438035.150 | 0.004 | 0.007 |
DS05 | 2324801.860 | 0.006 | 435466.731 | 0.004 | 0.007 |
DS06 | 2324807.039 | 0.005 | 435468.997 | 0.005 | 0.007 |
DS07 | 2324850.955 | 0.005 | 435499.777 | 0.004 | 0.006 |
DS08 | 2323753.069 | 0.004 | 433768.184 | 0.004 | 0.006 |
DS09 | 2323740.720 | 0.004 | 433788.281 | 0.004 | 0.006 |
DS10 | 2324191.332 | 0.005 | 437814.869 | 0.004 | 0.006 |
DS11 | 2324189.753 | 0.005 | 437808.871 | 0.004 | 0.006 |
网中最弱点DS03，点位中误差0.012米。
三亚检测场控制点误差统计（单位：m）： 表4-7
点名称 | 北坐标 | 纵轴误差 | 东坐标 | 横轴误差 | 点位误差 |
SY01 | 2039502.372 | 0.024 | 378459.480 | 0.027 | 0.036 |
SY02 | 2039443.399 | 0.024 | 378562.057 | 0.022 | 0.033 |
SY03 | 2039526.547 | 0.025 | 380801.943 | 0.023 | 0.034 |
SY04 | 2039526.423 | 0.025 | 380805.997 | 0.022 | 0.033 |
SY05 | 2038760.052 | 0.025 | 379743.061 | 0.025 | 0.035 |
SY06 | 2038730.340 | 0.028 | 379783.631 | 0.023 | 0.036 |
SY07 | 2038618.892 | 0.025 | 379481.234 | 0.023 | 0.034 |
SY08 | 2037870.964 | 0.024 | 378545.353 | 0.022 | 0.033 |
SY09 | 2037896.308 | 0.024 | 378606.609 | 0.021 | 0.032 |
SY10 | 2037609.297 | 0.025 | 380620.551 | 0.022 | 0.033 |
SY11 | 2037556.507 | 0.025 | 380632.706 | 0.021 | 0.033 |
SYSX | 2017970.344 | 0.000 | 346376.999 | 0.000 | 0.000 |
TDZX | 2023037.588 | 0.000 | 347713.146 | 0.000 | 0.000 |
网中最弱点SY06和SY01，点位中误差0.036米。
从上表中看出，控制网中各点的精度符合GB/T 7931-2008的要求。
详细计算成果见《GPS控制网平差报告》。
五、控制点高程测量
1. 联测点类型、数量和联测等级
摄区全部8个基站均按四等水准要求联测了高程。
三个精度检测场，全部33个检测点均按等外水准精度要求联测了高程。
2. 记簿要求
水准测量采用ZDL700电子水准仪记簿的方式记录，并严格按相应的作业规范执行。
3. 水准测量精度统计
水准测量均以附合路线的形式进行施测，个别区域因高等级水准点破坏，采用闭合环进行联测，联测成果和CQG2000数据进行对比，以防止因已知点错误出现粗差。
一分区和二分区联测水准路线65.32公里，平差后的最大点位误差 = 0.00908米，最大点间误差 = 0.00115米，路线闭合差统计如下：
表5-1
路线代号 | 闭合差 | 距离 | 限差 |
1 | -0.002 | 0.26 | 0.010 |
2 | 0.001 | 1.03 | 0.020 |
3 | 0.001 | 4.68 | 0.043 |
4 | 0.004 | 1.50 | 0.024 |
5 | -0.010 | 9.83 | 0.063 |
6 | 0.011 | 48.02 | 0.139 |
合计 | 65.32 |
见“防城港水准网平差报告”。
三分区联测水准路线54.46公里，平差后最大点位误差 = 0.03650米，最大点间误差 = 0.00441米，路线闭合差统计如下：
表5-2
路线代号 | 闭合差 | 距离 | 限差 |
0.073 | 54.46 | 0.148 |
四分区联测水准路线45.83公里，平差后最大点位误差 = 0.01037米， 最大点间误差 = 0.00207米，路线闭合差统计如下：
表5-3
路线代号 | 闭合差 | 距离 | 限差 |
1 | 0.000 | 0.32 | 0.011 |
2 | -0.005 | 1.40 | 0.024 |
3 | -0.009 | 2.43 | 0.031 |
4 | -0.000 | 9.56 | 0.062 |
5 | -0.001 | 0.03 | 0.003 |
6 | 0.016 | 20.50 | 0.090 |
7 | -0.023 | 11.59 | 0.068 |
合计 | 45.83 |
六、质量控制与过程检查
在工作的实施过程中公司技术部作为技术指导和质量监督单位，协同项目负责人解决项目实施过程中的技术难点。项目施工过程中，从基站选址、像控点判刺、外业控制点GPS测量、水准测量、测量数据处理均进行了全过程质量监控。
基站选点、像控点判刺均有两人进行。项目组实地抽查了5个像控点外业判刺情况，占总点数的9%。对全部计算资料进行了100%复算。公司技术部对外业采集的GPS观测数据、水准观测数据、GPS网平差、水准网平差等数据处理过程均进行了100%质量检查，对发现的质量问题全部进行了补测和处理。
七、结论
东海岛摄区外业测量工作从2010年1月开始，至2011年12月结束。项目组使用先进的GPS接收机、精密电子水准仪等设备，采用基于连续运行站的GPS联测定位，技术确定基站点的高精度大地坐标；采用静态测量方式，通过基站点和检测点联测，得到检测点的大地坐标；采用常规高精度水准测量方法，确定测点的高程。完成8个基站点、三处个检测场33个像片控制点的三维坐标测量任务。采用的作业方法符合有关规范要求，经严密平差后控制点的精度满足设计要求，所取得的成果质量可靠。