計春祥，易 志，張 禾，曹 揚

(貴州省第二測繪院，貴州 貴陽 550004)

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第一次全國地理國情普查外業(yè)核查全景影像采集系統(tǒng)研究與應用

計春祥，易 志，張 禾，曹 揚

(貴州省第二測繪院，貴州 貴陽 550004)

結合第一次全國地理國情普查在貴州山區(qū)進行生產作業(yè)的特點，利用自行研究設計的地理國情普查外業(yè)核查全景影像采集系統(tǒng)，大量、快速地獲取了用于地理國情普查外業(yè)核查的全景影像數(shù)據，為外業(yè)核查作業(yè)人員提供了真實可靠的影像參考資料，將部分外業(yè)工作轉移到內業(yè)完成，減少了外業(yè)工作量，節(jié)省了人力物力，提升了外業(yè)核查的工作效率，生產出了符合國家規(guī)范要求的成果數(shù)據。

第一次全國地理國情普查；全景影像；外業(yè)核查

一、引 言

為全面掌握我國地理國情現(xiàn)狀，滿足經濟社會發(fā)展和生態(tài)文明建設的需要，國務院決定于2013—2015年開展第一次全國地理國情普查。地理國情普查是一項重大的國情國力調查，是全面獲取地理國情信息的重要手段，是掌握地表自然、生態(tài)及人類活動基本情況的基礎性工作，主要包括高分辨率數(shù)字正射衛(wèi)星遙感影像生產、地表覆蓋地理要素采集、外業(yè)核查調繪、內業(yè)整理與質量檢查、普查本底數(shù)據庫建設等內容。普查的目的是查清我國自然和人文地理要素的現(xiàn)狀和空間分布情況，為開展常態(tài)化地理國情監(jiān)測奠定基礎，滿足經濟社會發(fā)展和生態(tài)文明建設的需要，提高地理國情信息對政府、企業(yè)和公眾的服務能力。

二、生產中存在的問題

本文以貴州省為研究區(qū)。貴州省多是山地和高山地的特殊山區(qū)，地形起伏較大，植被覆蓋度高且種類混雜，因此其地理國情普查工作存在許多問題。具體體現(xiàn)如下:

1) 用于解譯的衛(wèi)星遙感影像拍攝時間為冬季，內業(yè)解譯判譯難度大，同譜異物情況較多。根據貴州省第一次全國地理國情普查已經開展的試點工作及試生產的區(qū)縣情況來看，很多外業(yè)核查技術人員需要多次反復仔細甄別、調查核查，且不能完全分辨清楚,既浪費時間，又難以保證核查成果的準確性。

2) 貴州地形起伏大，植被多樣混雜，解譯過程產生的圖斑數(shù)量多，給外業(yè)核查工作帶來了巨大的工作量，全省生產進度緩慢。

3) 第一次全國地理國情普查是一項全新的工作，要求高、內容全、難度大、時間緊，很多作業(yè)員都是通過短期的培訓后就投入到工作中，因此外業(yè)核查作業(yè)人員技術參差不齊，質量難達合格。

4) 貴州天氣多陰雨、多霧，工作時間受天氣限制，外業(yè)核查的有效時間較短，給實際生產帶來了很大的難度。

5) 貴州山高、路遠、交通不發(fā)達，外業(yè)核查工作人員全憑雙腳走到看到，外業(yè)勞動強度非常大。

因此，如何在地理國情普查生產尤其是外業(yè)核查工作中提升工作效率，提高質量、減輕勞動強度是一個值得深入研究和探討的課題。針對此課題，本文作了一些研究和探索，并進行了一定的試驗測試與驗證，期望可以為貴州省甚至全國地理國情普查工作提供一些新的解決方法和思路。

三、研究思路與關鍵技術

本系統(tǒng)旨在利用低成本的軟硬件，結合GPS、IMU技術，為外業(yè)核查技術人員大批量、快速地獲取測區(qū)實地的全景相片提供參考資料，盡量減少外業(yè)工作量，將部分外業(yè)工作轉移到內業(yè)，提高外業(yè)調繪核查工序的效率，盡可能地節(jié)省人力物力，從而提升工作效率，并得到符合國家規(guī)范要求的成果數(shù)據。

1.設計思路

利用民用的高分辨率運動相機和GPS，配合改裝后具有增強穩(wěn)定性支架的車輛，沿著核查區(qū)域各道路，快速間隔采集多方位的實景相片，通過處理采集過程記錄的GPS信息及姿態(tài)信息，形成以間隔拍攝曝光點為軌跡的外業(yè)核查全景影像樣本點資料，將其應用到內業(yè)，在數(shù)字正射影像上結合拍攝的地表覆蓋與地理要素實景情況，開展地理國情普查數(shù)據內業(yè)解譯與外業(yè)核查工作，在相片拍攝死角區(qū)域配合少量的外業(yè)補充核查工作，從而提高地理國情普查的內外業(yè)生產效率。

2.技術流程

1) 準備階段：車輛、相機、計算機、車載支架等設備的準備，試驗測區(qū)與采集線路的選取與設計。

2) 采集階段：多方向相片數(shù)據采集、相片拍攝曝光點GPS信息采集、相片拍攝曝光點姿態(tài)信息采集。

3) 處理階段：全景相片數(shù)據整理、分析與生產，匹配曝光點GPS數(shù)據信息，形成一一對應的全景影像及曝光點軌跡數(shù)據成果。

4) 應用階段：將全景相片成果及曝光點軌跡數(shù)據成果導入地理國情普查生產流程與軟件中，在內業(yè)結合全景影像資料進行外業(yè)核查工作；部分全景影像無法處理的區(qū)域輔助少量外業(yè)進行補充核查，形成最終的地理國情普查成果。

3.關鍵技術

(1) 多方位相機同步拍攝技術

通過研究和測試，采用同時可與多個相機配對的同步控制器，統(tǒng)一設置相機系統(tǒng)時間，確保各個方向相機拍攝的同步性，從而解決和保證同一曝光點各個方向的相片拍攝時間的一致性，確保拼接的外業(yè)全景相片的質量。

(2) 拍攝曝光點與GPS、IMU準確匹配

相機拍攝本身不帶有定位和姿態(tài)信息，因此通過隨車放置的外置GPS及IMU傳感器等設備，獲取至少以1 s為時間間隔的GPS與IMU信息，并與拍攝曝光點匹配，形成具有定位和姿態(tài)信息的外業(yè)全景影像數(shù)據。

(3) 全景相片的快速批量生產

按貴州路況驗證，車輛以20 km/h的速度每天進行7 h的采集，單天采集數(shù)據約140 km，至少有5000多組全景樣本點，快速高效地將大量的全景影像數(shù)據生產出來，并投入到實際生產中，才能確保地理國情普查內外業(yè)生產效率的提高。

(4) 嵌入地理國情普查內業(yè)生產、外業(yè)核查、質量檢查工序

通過與地理國情普查內外業(yè)生產軟件相結合，開發(fā)出一套將全景樣本點數(shù)據嵌入內業(yè)生產、外業(yè)核查、質量檢查使用的集成交互模塊，真正切實有效地完成地理國情普查工作。

(5) 解譯樣本數(shù)據生產

利用該系統(tǒng)采集到的大量實景相片樣本數(shù)據，通過處理完成基于采集相片的遙感影像解譯樣本數(shù)據的生產工作。

4.系統(tǒng)軟硬件設備構成

系統(tǒng)最大的特點是成本低，除去單位可以整合進系統(tǒng)的車輛、計算機、技術人員外，需要額外購置和制作的僅是4臺高分辨率運動相機、4張存儲卡、改裝車載支架、電源線、螺釘,以及自主開發(fā)批量自動分組匹配程序等設備，總成本目前控制在14 000元左右。系統(tǒng)詳細設備構成見表1。

表1 系統(tǒng)軟硬件構成表

以試生產縣雷山縣為例，該縣核查線路約2103 km，利用采集系統(tǒng)進行生產。消耗為系統(tǒng)設備購置費用、部分車輛燃油、部分食宿等費用；工作完成情況為采集處理8人用10 d完成，內業(yè)核查加上外業(yè)補充16人用30 d完成，共消耗約8.5萬元。而采用傳統(tǒng)方式的外業(yè)核查方法，工作消耗主要為車輛燃油、食宿等費用，16人約兩個多月完成，共消耗費用約為21.4萬元。

四、試驗情況

1.全景樣本點采集與處理效率

試驗內容為通過外業(yè)調繪核查全景影像采集系統(tǒng)采集高清相片，處理后生產成帶有GPS定位信息的、可快速瀏覽的全景影像數(shù)據。試驗測區(qū)為劍河縣柳川鎮(zhèn)、久仰鄉(xiāng)、太擁鎮(zhèn)，采集3 d，采集里程約300 km。具體采集與處理效率見表2。

表2 試驗采集處理信息統(tǒng)計表

2.全景樣本點用于地理國情普查生產的效率

試驗路線選擇為可通車道路，數(shù)據采集與處理完成后，轉到內業(yè)對地物分類進行核查判讀，通過生產部門的測試，按照標準1∶1萬分幅為生產單元，分類圖斑核查率可達到80%以上，平均判讀正確率可達85%，甚至可超過95%。

傳統(tǒng)外業(yè)核查與車載采集系統(tǒng)核查詳細對比情況見表3。

表3 作業(yè)方式效率與消耗對比情況表(以雷山縣為例)

五、技術驗證與總結

結合該系統(tǒng)在內業(yè)解譯及外業(yè)核查的實際工作情況，系統(tǒng)的優(yōu)點主要為：

1) 效率高：在地理國情普查工作中減少了外業(yè)工作量，有效提升地理國情普查的外業(yè)效率50%以上。

2) 質量高：系統(tǒng)采集的全景相片信息時效新、真實可靠，保證了核查成果的總體質量，減少了人為質量因素。

3) 穩(wěn)定性強：與GPS結合后的高清全景相片可被外業(yè)核查、內業(yè)采集重復利用、反復核對，保證了核查成果的穩(wěn)定性。

4) 成本低：系統(tǒng)成本低，操作簡單，性價比極高，同時可用于解譯樣本采集及其他測繪地理信息應用方面。

通過此次試驗，在數(shù)據處理和內業(yè)判讀地物時發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)還存在一些可進一步提升和改進的地方：

1) 拍攝相片分辨率還有提升的空間，可以選擇更高分辨率的移動相機或專業(yè)的微單相機，提高全景相片的分辨率。

2) 拍攝時存在拍攝死角，會被道路兩旁行樹、房屋、護坡、高坎等遮擋，可考慮增加相機，形成上下左右360°的全方位全景相片。

3) 在城市區(qū)域或其他GPS信號遮擋地區(qū)數(shù)據采集精度受影響，此類地區(qū)的數(shù)據采集在今后的工作中可采用高精度的GPS，提高位置精度。

六、結束語

經驗證，使用該系統(tǒng)生產的與GPS軌跡點結合的外業(yè)核查全景樣本點數(shù)據在地理國情普查生產中，不僅可用于外業(yè)核查工作，也可為地理國情數(shù)據內業(yè)解譯、地類判讀提供幫助，內外業(yè)均可重復利用、反復甄別，有助于提高地物分類判定的準確率。

總體來說，該系統(tǒng)采集的全景影像數(shù)據資料時效新、真實可靠、直觀、定位準確，可保證內業(yè)解譯和外業(yè)核查的成果質量。地理國情普查外業(yè)核查全景影像采集系統(tǒng)應用于貴州省的地理國情普查工作，可以指導內業(yè)解譯，并大大減輕外業(yè)核查工作，降低生產成本，有效提升貴州省第一次全國地理國情普查工作的總體成果質量及工作效率，同時也為成果質量的檢查提供新的思路。

[1] 國務院辦公廳.國務院關于開展第一次全國地理國情普查的通知(國發(fā)[2013]9)[EB/OL].2013-03-05.http:∥www.gov.cn/zwgk/2013-03/05/content_2346074.htm.

[2] 吳智寧.高質量城市街景圖像采集系統(tǒng)與應用[D].杭州：浙江大學，2010.

[3] 李觀石，劉波，陸藩藩，等.基于MMS街景的導航數(shù)據采集方法研究[J].現(xiàn)代測繪，2013，36(1)：44-46.

Research and Application of Field Check Panoramic Image Aequisition System for the First National Census of Geographic Conditions

JI Chunxiang，YI Zhi，ZHANG He，CAO Yang

計春祥，易志，張禾，等.第一次全國地理國情普查外業(yè)核查全景影像采集系統(tǒng)研究與應用[J].測繪通報，2015(7)：79-81.

10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0217

2014-10-16

計春祥(1983—)，男，碩士，工程師，研究方向為工程測量、移動測量、地理信息系統(tǒng)等方面。E-mail:25354476@qq.com

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：0494-0911(2015)07-0079-03