劉艷芳

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司,北京 100055)

ADS40(Airborne Digital Sensor)數(shù)字航攝儀是三線陣推掃成像,能同時提供三個全色與一個多光譜波段數(shù)字影像,其全色波段的前視、下視和后視影像構(gòu)成三對立體以供內(nèi)業(yè)觀測。ADS40航測儀上集成了GPS和慣性測量裝置,為每條掃描線產(chǎn)生較準(zhǔn)確的外方位初值,因而可在少量地面控制的情況下完成對地面目標(biāo)的三維定位,從而大量減少攝影測量外業(yè)控制工作量,縮短生產(chǎn)周期,提高作業(yè)效率。ADS40三線陣推掃式攝影與框幅式攝影在原理上有很大不同,其生產(chǎn)流程及技術(shù)要求也將有所改變,這給鐵路航測生產(chǎn)帶來許多新問題。本文著重闡述了ADS40應(yīng)用在既有鐵路航測中的試驗情況,說明了各主要工序的精度指標(biāo)。

1 試驗區(qū)

試驗區(qū)位于北京市北部地區(qū)。攝區(qū)自昌平火車站起,經(jīng)官高、平義至懷柔北范各莊附近。攝區(qū)內(nèi)線路呈東西走向,北側(cè)地行為山地,南側(cè)為平地。攝區(qū)長約50km,寬為2.3km,高程最高約230m,最低約45m。平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用三度帶1954年北京坐標(biāo)系,高程系統(tǒng)采用1985國家高程系統(tǒng),投影面大地高為0m。

2 航帶設(shè)計

本次航攝要求地面分辨率為0.2m,根據(jù)攝區(qū)地形情況,攝區(qū)設(shè)計了單航帶6個測段,與常規(guī)攝影測量8個測段相比減少了2個。航帶設(shè)計如圖1所示,其中黑色為RC30航飛的航帶示意圖;虛線為ADS40航飛的航帶示意圖。

3 地面GPS基站布設(shè)與測量

在進行航空攝影時,進行了GPS基準(zhǔn)站布設(shè)和測量工作。在昌平、東崔、懷柔布設(shè)了三個地面GPS基站。地面GPS基站網(wǎng)采用鐵路B級GPS控制網(wǎng)觀測精度,以邊聯(lián)式大地四邊形構(gòu)建,并聯(lián)測測區(qū)附近的兩個國家三角點,以作為平面和高程起算數(shù)據(jù)。

圖1 ADS40和RC30航飛的航帶示意

GPS基站解算時,引入兩個國家三角點的坐標(biāo)和高程資料,采用兩步法進行約束平差,計算得出地面GPS基站點的坐標(biāo)和高程成果。為得到地面GPS基站網(wǎng)點在WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)下的準(zhǔn)確坐標(biāo),又引入測區(qū)附近北京市 GPS基站網(wǎng)5個網(wǎng)點的觀測數(shù)據(jù)和WGS84坐標(biāo)進行了三維約束平差。統(tǒng)計平面平差精度最大0.0692m,最小0.0095m;統(tǒng)計高程平差精度最大0.2350m,最小0.0005m。

4 基于GPro的數(shù)據(jù)處理

ADS40原始的數(shù)據(jù)包括影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù),都存于ADS40的大容量機載存儲器MM40中。工作站與MM40連接后,利用GPro軟件下載影像數(shù)據(jù)并解壓,下載IMU數(shù)據(jù)并進行解算處理,建立工程后建立L0級影像。

5 像控點布設(shè)和測量

為了控制和檢查ADS40航測精度,在每測段三度影像重疊區(qū)域的兩端,各布設(shè)了1～2個像控點,測段間像控點盡量選在兩測段立體影像重疊區(qū)域內(nèi),可以公用。但由于本次航攝時兩測段間三度影像重疊區(qū)域很小,就在各測段連接處分別布點,6測段共布設(shè)24個像控點。

像控選點時,先進行內(nèi)業(yè)選點,在Photoshop中粗略圈定刺點范圍,并打印L1級影像和像控點小片供外業(yè)選刺;外業(yè)在刺點范圍內(nèi)選清晰、易判釋的地物進行選刺,并進行聯(lián)測。

像控點聯(lián)測時,是以D級首級平面控制網(wǎng)GPS點為參考站,采用星形網(wǎng)或三角形網(wǎng)聯(lián)測,距離參考站不超過10km,按E級GPS網(wǎng)精度進行觀測。

為檢核成圖質(zhì)量,在試驗區(qū)測量了116個散列點。作業(yè)方式采用GPS快速靜態(tài)測量模式,在控制網(wǎng)點上架設(shè)基站,散列點與基站構(gòu)成星形網(wǎng)。

6 空三加密

為了驗證可以用少量像控點進行航測生產(chǎn),在利用ORIMA軟件進行空三加密時,分別采用24個、6個和4個像控點參與約束平差。24個像控點是6個測段三度重疊區(qū)域兩端各2個點;6個像控點是試驗區(qū)兩端各選2個,中間選2個;4個像控點是試驗區(qū)兩端各選2個。加密精度統(tǒng)計情況如表1。從表1中可看出,4個像控點完全滿足大比例尺地形圖的測圖精度。

表1 ADS40加密精度統(tǒng)計 m

7 散列點精度檢查

沿線路野外實測高程檢查點93個,平面檢查點89個,內(nèi)業(yè)用LPS測量后進行比較,最大誤差x:0.608 m,y:0.663m,z:-0.985m,xy中誤差為0.27m,高程中誤差:0.263,其精度均滿足繪制大比例尺地形圖的精度要求。

8 結(jié)束語

通過本次試驗精度指標(biāo)可以看出,用4個像控點進行空三加密,滿足大比例尺作圖精度要求,可大大減少像控點測量工作,但航飛時增加了布設(shè)地面GPS基站的測量工作。

ADS40三線陣推掃攝影的攝影原理與框幅式有很大不同,又由于其影像數(shù)據(jù)量大,數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)需具備海量數(shù)據(jù)實時漫游能力,這對硬件和軟件都有更高的要求。但另一方面,ADS40在一測段內(nèi)為連續(xù)影像,不存在影像拼接,后期數(shù)字產(chǎn)品制作特別是影像圖制作可以大大減少接邊工作。

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