数码相机GPS定位和方位角精度探讨

□李文强

（山西省测绘工程院，山西太原030002）

数码相机GPS定位和方位角精度探讨

□李文强

（山西省测绘工程院，山西太原030002）

在地理国情普查工作中，使用数码相机拍摄样本照片是最为重要的关键环节之一。本文详细分析了影响照片信息的GPS定位精度、电子罗盘方位角精度的因素，并结合实际工作，论述了精度检测以及精度优化采取的措施。

地理国情;照片信息;GPS定位;方位角;精度检测;优化措施

1.引言

在第一次全国地理国情普查工作中，数码相机拍摄的照片被广泛应用于影像解译地类认定、国情要素采集、样本数据采集、外业核查与检查等作业环节。数码相机拍摄的照片对内业定性起着至关重要的作用，可以说外业采集的照片贯穿度和方位角精度是遥感解译样本数据的重要属性，直接影响着遥感解译样本数据库的质量好坏。削弱影响数码相机GPS定位平面精度和电子罗盘方位角精度的诸多不利因素，提高两者的精度，正是我们在作业过程中不断探索的意义所在。

2.精度影响因素

2.1 GPS定位精度

数码相机内置GPS信号接收天线及信号处理芯片，影响GPS信号接收的因素很多，来自卫星部分的星历误差；来自信号的电离层、大气的对流层、多路径效应；来自信号接收的位置误差、天线相位中心变化；来自地面环境（如高大的建筑物、树、大面积水域）的因素都会影响GPS对信号的接收。另外数码相机使用方法不规范，拍摄点位置、拍摄角度选取不合理等人为因素对GPS定位精度的影响也是不容忽视的。

2.2 电子罗盘方位角精度

电子罗盘是根据地磁原理计算磁航向角。影响电子罗盘定向精度的因素主要有：（1）电子罗盘A/D转换的分辨率；温度影响；磁传感器误差；地球磁场的变化；罗盘的倾斜误差，这些因素在数码相机的电子罗盘设计中是应必须解决的，我们使用时检测电子罗盘方位角精度符合要求并按照说明书正确操作相机就可以了。（2）外界环境的介质引起的磁场变化导致电子罗盘方位角精度下降，降低或消除外界干扰磁场对其精度的影响是使用数码相机过程中必须解决的问题。

3.精度检测方法

3.1 GPS定位平面精度检测

（1）外业控制点制作：

在空旷地区选择控制点A，使用GPSRTK对其进行观测，解算出控制点A的CGCS2000坐标。

（2）相机参数设定：

GPS设定：记录GPS数据开启；更新A-GPS文件。

（3）观测方法：

使用脚架在控制点A上安置相机。对中后，相机开机，等待GPS信号稳定后，每台相机采集3次或3次以上数据。

（4）数据处理：

导出相机数据，采用WalkSurface软件读入照片，根据照片信息中记录的拍摄点GPS平面定位信息，解算出照片点位的CGCS2000坐标，计算各照片点坐标与控制点A的坐标误差，然后求出相机GPS平面定位精度中误差。解算公式为：

某编号64302034的尼康AW110s数码相机采集数据坐标展点图如下，图中三角为控制点，圆圈点为观测点。

3-1拍摄点坐标展点图

量测距离误差为

观测序号 与控制点距离（米）10.7 2 0.830.9 40.851.861.8

解算得m=1.2米，由此知道该数码相机GPS位置定位平面精度。

3.2 电子罗盘方位角精度检测

（1）外业控制点制作：

在空旷地区选择控制点A、B，使用GPS-RTK对其进行观测，解算出控制点A、控制点B的CGCS2000坐标，求出方位角αAB。

（2）相机参数设定：

罗盘显示开启；

电子罗盘重新进行校正。

（3）数据采集：

在A点安置脚架，在脚架上面假设平板，然后在平板上放样出方位角αAB，用量角器做一条αAB的垂直线αCD。

每台相机放置于αCD线上，朝向B方向，进行三次以上数据采集。

（4）数据处理：

导出相机数据，采用WalkSurface软件读入照片，根据照片信息中记录的照片方位角信息，计算各次观测的平均方位角αAB,然后与αAB进行比较，得出相机方位角精度。相机记录方位角为磁方位角，控制点解算出的方位角为真方位角，磁方位角与真方位角差值为磁偏角，数量级一般在秒级，可以忽略不计。

某编号64302034的尼康AW110s数码相机采集数据如下，根据A点坐标和B点坐标解算得αAB=56.31,αAB=59.18，解算得α=2.87°，由此知道该数码相机方位角精度。

相机编号观测1（°）方位角精度（°）64302034 59.6058.8358.0360.24 59.18 2.87观测2（°）观测3（°）观测4（°）观测结果（°）

4.精度优化措施

4.1 外业照片采集

（1）及时更新数码相机A-GPS文件。

（2）检查GPS信号接收按钮是否开启，GPS信号接收是否正常。

（3）拍摄位置选取应避开树、建筑物、大面积水域等影响GPS信号接收的位置。

（4）拍摄时，相机避开电子设备（电池、手机）、金属物件等其他近磁场，以及影响电子罗盘的物体。

（5）建议拍摄时间15-20秒。时间太短，GPS信号及电子罗盘不稳定；时间太长，电子罗盘存在惰性，影响方位角精度。

（6）拍摄前，进行电子罗盘的校正。一般采用正8字形校正，开启电子罗盘的校正按钮，按正8字形旋转相机，电子罗盘校正完成。

4.2 内业数据编辑

依据《遥感影像解译样本数据技术规定》，拍摄点位置定位精度一般控制在15米以内，照片方位角精度应在5度以内。内业整理照片时，有些照片信息的拍摄点位置定位精度和照片方位角精度偏差太大，可以通过内业编辑进行纠正。

（1）在WalkSurface软件平台下定义CGCS2000坐标系和坐标投影。

4-1投影坐标系设置（加载CGCS2000坐标系）

（2）加载外业实地照片对应的正射影像图，批量读入照片。

（3）参照外业核查底图，拍摄点位置偏差大的，修正到拍摄点的正确位置，并对该点拍摄位置重新赋值，拍摄点正确位置的经纬度自动记录到照片信息中。

4-2照片拍摄点位置重新赋值

（4）参照外业核查底图，修正后拍摄点位置移动到样本点位置，软件根据其移动轨迹，计算拍摄距离和照片方位角，并把计算出的正确照片方位角自动记录到照片信息中。

4-3计算照片方位角

（5）通过内业编辑处理，拍摄点位置定位精度和照片方位角精度偏差大的照片信息就基本上满足规程精度要求了。

4-4纠正后的照片拍摄点位置及方位角信息

4-5拍摄点纠正前、后位置及样本点位置关系图

5.结束语

虽然影响数码相机GPS定位和方位角精度的因素很多，但是通过采取科学合理的作业方法和精度优化措施，各种因素的影响可削弱或基本消除，能够确保照片信息准确，进而保证了遥感解译样本数据库的质量。尤其是在内业数据编辑过程中，提高了作业效率。正确认识并积极合理地解决数码相机拍摄照片过程中遇到的诸多不利因素，将有利于地理国情普查工作的顺利开展。

参考文献：

【1】GDPJ 01—2013《地理国情普查内容与指标》[S].国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室.2013（8）.

【2】GDPJ 06—2013《遥感影像解译样本数据技术规定》[S].国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室.2013（8）.

【3】GB/T 18314-2001《全球定位系统（GPS）测量规范》.

【4】蒋贤志.《数字电子罗盘误差分析及校正技术研究》.

【5】《尼康COOLPIX AW110s型数码相机使用说明书》.尼康映像仪器销售（中国）有限公司.

P237

B

2095-7319（2014）05-0065-05

李文强（1971—），男，山西太原人，工程师，1993年毕业于郑州测绘学校工程测量专业，现在山西省测绘工程院工作，主要从事工程测量与地理信息数据建库工作。