特殊地区地形图测绘中控制基础的确立

郭群长，徐 峰，刘 立，汪菲菲

(68011部队，甘肃 兰州730020)

在信息化时代，会涉及境外地形图测绘问题，而境外地区(包括浅纵深地区和纵深地区)人员难以进入进行实地测量;在我国西部的沙漠、沼泽和高原高寒地区，人员也难以进入进行实地测量。控制测量是地形图测绘的第一道工序，是确保测图工作正常进行和成图质量的重要基础，也是解决人员难以进入地区地形图测绘技术问题的关键。本文围绕1∶5万比例尺地形图测绘的要求，结合近年的探索与实践，对3类人员难以进入地区的控制基础确立问题进行总结和探讨。

一、境内难以进入地区

我国西部沙漠、沼泽和高海拔地域分布广泛，一些地区人员难以进入进行实地测量。长期以来，由于受技术条件限制，我国西部几千幅1∶5万比例尺地形图空白区，直到“十一五”结束才得以消灭。2004年，我部承担了西部某测区192幅1∶5万比例尺地形图测绘任务，当时只有航空影像资料。该地区沼泽分布广泛，大部分区域人员难以进入，如采用传统航空摄影测量方法，需实地测量大量控制点，即使不惜生命代价，也难以在如此恶劣条件下完成大规模的野外测量任务。当时，正值我国尖兵系列遥感卫星发射之际，因此决定采用尖兵系列进行野外控制测量、内业加密，基于航空影像进行内业测图的方法。

该方法的思路是：基于卫星影像首先进行野外控制测量，利用尖兵系列卫星影像星像片姿态角计算出卫星轨道摄站角元素，然后量测卫星影像的格网点坐标、激光反射点坐标作为控制测量基础，结合外业实测控制点进行光束法区域网平差，求出各像片的外方位元素和加密点地面坐标。计算公式为

式中，X、Y、Z为以摄站点为原点的地面点坐标;Xs、Ys、Zs为摄站点的地面坐标。

之后，将野外实测控制点和解算出的加密点转刺到航片上，作为控制基础构网平差，解算出航片外方位元素进行测图，如图1所示。

图1 基于航天影像+航空影像的作业方法

但由于尖兵系列卫星影像只能满足测绘1∶5万～1∶10万比例尺地形图的精度要求，根据该地区地物稀少的特点和成图应用的实际，我们又提出“按1∶10万精度测绘、1∶5万内容表示”的方案。这一方案得到批准后，我们用GPS测量方法实测控制点26组、72个点，使该任务得以顺利完成。

这一方法充分利用了卫星影像覆盖面积大、所需控制点少的特点，解决了人员难以进入地区外业控制测量难题，又发挥了航空影像分辨率高、利于内业测图的优势，保证了测图任务的正常完成。但由于受卫星影像分辨率限制，其精度不能完全满足1∶5万比例尺地形图的要求，这在当时技术条件下是不得已的选择。

随着我国“天绘”、“资源三号”遥感卫星的成功发射，我们已具有自主获取高分辨率卫星影像的能力，同时也可通过商业途径获取高分辨率影像，采用卫星影像空三加密方法，可更好地解决境内人员难以进入地区地形图测绘中的控制基础问题。

二、境外浅纵深地区

我国陆地边境线长达2．1万km，与周边14个国家接壤。开展境内地形图测绘与更新，不可避免地涉及边境地区(包括境外浅纵深地区)测绘问题。通过近年的探索与实践，我们认为基于利用少量控制点外推定位的方法，可满足境外浅纵深地区1∶5万比例尺地形图测绘精度要求。

目前，国内外通常采用的外推模型建立在卫星轨道动力学的基础之上，通过对轨道外推、姿态精化和测试角纠正等方法实现外推。但这种方法不仅需要已知完备的轨道参数，而且由于卫星在空中运行中受摄动影响较为复杂，不利于普及与实际应用。因此基于SPOT-5卫星影像，参照传统空三区域网平差的原理，提出基于少量地面控制点和相邻SPOT-5 HRS立体像对间公共连接点的外推对地定位方法，避开了卫星轨道动力学的复杂理论。

该方法的思路是：当多个相邻(同轨或异轨)的SPOT-5 HRS立体像对构成一个测区时，与传统空三类似，首先需要建立整个测区的连接，即在相邻的SPOT-5 HRS立体像对的重叠区内量测连接点(如图2所示)，通过这些立体像对间的连接点将整个测区内所有的HRS立体像对连接成一个整体。对于有控条件下的SPOT-5卫星影像，其定位采用无控定位模型附加像方仿射变换的方法进行精确定位。对于图2所示的SPOT-5影像的外推定位过程，实际上就是利用少量地面控制点(位于部分SPOT-5 HRS立体像对中)求解测区内所有SPOT-5影像像方仿射变换参数的过程，式(2)。其计算过程见图3。

图2 SPOT 5影像测区的连接

式中，(xc，yc)为控制点在影像上的量测坐标;(xt，yt)为利用SPOT5无控定位模型将控制点投影到影像上的投影坐标。

按照上述方法，基于SPOT 5卫星影像进行了外推定位试验。结果表明：最大外推距离508 km，控制点的位置、分布和数量对外推定位精度的影响不明显，采用单个控制点外推定位即可满足1∶5万比例尺地形图测绘的精度要求。采用这一方法，我们完成了国家西部1∶5万比例尺地形图空白区测图工程中部分边境地区的测图任务。

图3 SPOT 5测区的外推对地定位的计算流程

三、境外纵深地区

对于境外纵深地区1∶5万比例尺地形图测绘，人员不可能进入进行实地测量，也不能采用外推定位方法。目前，解决这一问题主要有两种方案：一种是采用无控定位方法，若精度可靠，可直接进行测图;另一种是获取境外测图区域已有相应比例尺或更大比例尺地形图，选取已有地形图和卫星影像相同的地面特征点，通过坐标转换后，进行控制测图。

第1种方案，首先需要对获得的卫星遥感影像的定位绝对精度进行检验。若检测定位精度可靠，则可直接进行控制测图。但境外纵深地区人员无法进入进行实测检验，可行的检验方法尚需研究。

第2种方案，首先要对所获得的已有地形图的可靠性进行评估。若所获得的地形图精度可靠，选取已有地形图和卫星影像相同的若干地面特征点，然后利用布尔莎模型进行转换，即

将这些点的坐标换算至2000国家大地坐标系，检验用于测图的卫星遥感影像的定位精度，并控制测图(如图4所示)。我们采用这一方法，基于我国天绘卫星影像，利用所获得的已有1∶5万地形图，对中亚某地区进行了测图试验。结果表明，基本可以满足1∶5万比例尺地形图测图要求。

图4 基于获得境外纵深地区地形图资料的作业方法

以上依据工作实践，对3类特殊地区1∶5万比例尺地形图测绘中控制基础的确立问题，进行了初步的归纳和探讨，所得结论仅供参考。相关问题仍需作进一步探讨和验证。