喬 煒，吳克友，朱傳勇，單 靜

（1.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022）

ADS80機(jī)載數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)是由徠卡公司引入中國的一套較先進(jìn)的推掃式線陣數(shù)碼航空影像攝影測量系統(tǒng)。ADS80集成了高精度的慣性測量單元（IMU）和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS），在航攝影像拍攝的過程中同時(shí)獲取相機(jī)推掃線陣的精確定位信息。本文結(jié)合ADS80數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)的特點(diǎn)，探討了航測生產(chǎn)中的技術(shù)問題。

1 ADS80數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)

1.1 ADS80相機(jī)

ADS80集成了IMU和GPS，采用12 000像元的三線陣CCD掃描和專業(yè)的單一大孔徑鏡頭，一次飛行可以同時(shí)獲取前視、下視和后視的具有100%三度重疊、連續(xù)無縫的、具有相同影像分辨率和良好光譜特性的全色立體影像以及彩色影像和彩紅外影像。

ADS80相機(jī)每條CCD為12 000像元，像元大小為6.5 μm，按照前視27°、下視0°、后視14°分為3組排列。前視包括1條單獨(dú)的全色CCD，下視包括1對相錯(cuò)0.5個(gè)像素的全色CCD和紅、綠、藍(lán)、近紅外等各1條CCD，后視包括1條單獨(dú)的全色CCD和紅、綠、藍(lán)、近紅外各1條CCD。ADS80數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)的部分參數(shù)見表1和表2[1]。

1.2 ADS80數(shù)碼影像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

用于航測內(nèi)業(yè)的ADS80數(shù)據(jù)主要為L1級數(shù)據(jù)：*.sup——路徑文件，記錄影像路徑、相機(jī)文件路徑、空三加密文件路徑等影像相關(guān)文件路徑。

*.ads——航線信息和影像索引列表文件，由于ADS80航帶航向距離長，造成單航線tif格式數(shù)據(jù)量過大，因此單航帶數(shù)據(jù)會被分割為若干幅相鄰的影像*.tif，*.ads用于記錄該航線被分為哪幾幅相鄰影像的名稱和整條航線的數(shù)據(jù)量信息。

*.cam——相機(jī)文件，記錄各個(gè)鏡頭的相機(jī)參數(shù)。

*.odf——空三加密文件，一條航線的一個(gè)鏡頭記錄為一個(gè)*.odf文件，*.odf內(nèi)容為該航線中每條線陣的外方位元素。

*.tif——ADS80航空影像，記錄影像信息，軟件通常不直接讀取*.tif信息，而是通過*.ads進(jìn)行統(tǒng)一管理和讀取。

表1 ADS80系統(tǒng)基本參數(shù)

表2 ADS80鏡頭光譜基本參數(shù)

2 IMU/GPS輔助空中三角測量

2.1 IMU/GPS輔助系統(tǒng)

IMU/ GPS輔助航空攝影測量是指利用裝在飛機(jī)上的GPS接收機(jī)及其定位技術(shù)獲取航攝儀的位置參數(shù)，應(yīng)用與航攝儀緊密固連的高精度IMU直接測定航攝儀的姿態(tài)參數(shù)，通過IMU/GPS數(shù)據(jù)的聯(lián)合后處理技術(shù)，獲得測圖所需的每張相片高精度外方位元素的航空攝影測量理論、技術(shù)和方法。GPS的輔助功能可通過與地面同步接收GPS數(shù)據(jù)的已知基站差分和GPS精密單點(diǎn)定位2種技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

IMU/GPS輔助空中三角測量和普通空中三角測量的精度相當(dāng)，我們直接對ADS地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)Gpro預(yù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行光束法平差解算。ADS80數(shù)碼影像的空中三角測量需要在具有線中心投影模型的Orima或者PF系統(tǒng)中處理，這類系統(tǒng)采用了特殊的解算技術(shù)，使相片加密計(jì)算得到優(yōu)化，支持?jǐn)z影資料的GPS、IMU數(shù)據(jù)，能對與加密點(diǎn)有關(guān)的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行多窗口量測，能夠自動地進(jìn)行粗差探測與剔除，自動化程度高，是目前世界上少數(shù)幾套集自動采集數(shù)據(jù)、整體平差一體化的ADS80自動空中三角測量軟件[2,3]。

2.2 精度分析[4,5]

分別對這2種方案布設(shè)不同數(shù)量的像控點(diǎn)，對1∶2 000實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行空三加密計(jì)算，并通過50個(gè)檢查點(diǎn)檢核各個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)精度。具體方案為：有地面基站的進(jìn)行無像控點(diǎn)、1個(gè)像控點(diǎn)、4個(gè)像控點(diǎn)、5個(gè)像控點(diǎn)、9個(gè)像控點(diǎn)；利用精密單點(diǎn)定位技術(shù)的進(jìn)行無像控點(diǎn)、1個(gè)像控點(diǎn)、4個(gè)像控點(diǎn)、5個(gè)像控點(diǎn)、9個(gè)像控點(diǎn)。各項(xiàng)計(jì)算精度指標(biāo)如表3所示。

表3 不同像控點(diǎn)布點(diǎn)方案空三加密檢查點(diǎn)精度比較表/m

利用地面同步基站數(shù)據(jù)解算IMU/GPS獲取的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行空三加密的測區(qū)，控制點(diǎn)個(gè)數(shù)對空三加密精度結(jié)果基本沒有影響。利用GPS精密單點(diǎn)定位解算IMU/GPS獲取的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行空三加密的測區(qū)，隨著控制點(diǎn)數(shù)量的減少空三加密精度會逐漸降低。

通過本實(shí)驗(yàn)并結(jié)合大量生產(chǎn)實(shí)踐，采取地面同步基站的差分GPS技術(shù)，無像控點(diǎn)空三加密精度滿足1∶500規(guī)范要求精度。采用精密單點(diǎn)定位的GPS技術(shù)，無像控點(diǎn)空三加密精度滿足1∶1 000～1∶2 000的丘陵地至高山地規(guī)范要求的精度，若想滿足1∶500～1∶2 000全部地形精度要求，則建議在測區(qū)內(nèi)布設(shè)至少4個(gè)像控點(diǎn)，可使加密區(qū)精度顯著提高。

2.3 ADS80航空攝影測量系統(tǒng)的優(yōu)勢

ADS80利用高精度IMU/ GPS系統(tǒng)大量減少了外業(yè)像控點(diǎn)布設(shè)的工作量；ADS80可同時(shí)獲取多種光譜數(shù)字影像，具有較高的地面分辨率和輻射分辨率；ADS80采取的推掃式影像獲取方式較面陣數(shù)碼影像減少了影像接邊數(shù)量，避免了接邊過程中造成的誤差，提高了地形圖的成圖精度。

3 后期數(shù)據(jù)處理方法和注意事項(xiàng)

3.1 數(shù)據(jù)處理軟件平臺[6,7]

1）空中三角測量軟件。國內(nèi)較常使用的主要有徠卡公司的Gpro、Orima軟件和法國研發(fā)的像素工廠。

2）攝影測量工作站。國內(nèi)較常使用的主要有徠卡公司的LPS和航天遠(yuǎn)景的Mapmatrix。

3）正射影像制作軟件。國內(nèi)較常使用的主要有法國研發(fā)的像素工廠和德國研發(fā)的Inpho。

3.2 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

1）平面坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。采用三維七參數(shù)法，因?yàn)锳DS80數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)獲取的GPS數(shù)據(jù)是WGS84坐標(biāo)系下的三維攝站坐標(biāo)，需要將其轉(zhuǎn)換至實(shí)際需要的地方平面坐標(biāo)系、北京1954坐標(biāo)系或西安1980坐標(biāo)系。三維七參數(shù)的獲取一般有2種途徑：一是基于統(tǒng)一的坐標(biāo)框架和歷元，一次獲取區(qū)域范圍的固定七參數(shù)，適用于較大面積區(qū)域；二是根據(jù)航飛范圍內(nèi)的已知基站點(diǎn)及其成果，解算該區(qū)域的轉(zhuǎn)換參數(shù)，俗稱“點(diǎn)校正”，適用于較小面積區(qū)域?？紤]到航空攝影一般涉及的區(qū)域面積較大，因此推薦第一種途徑。

省、市應(yīng)完善地方坐標(biāo)系統(tǒng)，建立與2000國家大地坐標(biāo)系（CGCS2000）的聯(lián)系。武漢市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系建設(shè)項(xiàng)目建立了由288個(gè)高精度GPS點(diǎn)構(gòu)成的、覆蓋全市域的高精度GPS網(wǎng)，平均點(diǎn)間距8.6 km，準(zhǔn)確獲取它們的北京1954坐標(biāo)系、西安1980坐標(biāo)系平面及CGCS2000地心坐標(biāo)成果以及任意2個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，轉(zhuǎn)換精度達(dá)到±3 cm。

2）高程坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。無論采用GPS精密單點(diǎn)定位、實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)還是事后差分處理，機(jī)載GPS高程成果均為大地高，此時(shí)需要利用該區(qū)域的高精度似大地水準(zhǔn)面精化模型成果對GPS大地高進(jìn)行高程異常改正，從而得到任意點(diǎn)的正常高值。以武漢市為例，區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化工程建立了覆蓋全市域的高精度、高分辨率（2′30″×2′30″格網(wǎng)）似大地水準(zhǔn)面數(shù)值模型，內(nèi)符合精度為±0.6 cm，GPS/水準(zhǔn)外部檢核精度達(dá)到了±0.7 cm。

4 結(jié) 語

通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和總結(jié)多年航測生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，筆者對IMU/GPS輔助ADS80數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)問題歸納如下：

1）影像航向重疊度高，提高了連接點(diǎn)的匹配精度，使得空三加密結(jié)果更加可靠。INU/GPS輔助ADS80數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)可根據(jù)不同比例尺成圖需要，在空三測區(qū)內(nèi)適當(dāng)布設(shè)0～4個(gè)像控點(diǎn)就可以滿足精度要求，大大減少了外業(yè)像控點(diǎn)量測的工作量。

2）大基高比解決了數(shù)碼航空攝影測量的高程精度問題。

3）三線陣分別組成的立體像對，可從多個(gè)視角對地物進(jìn)行觀測，減少影像遮擋范圍，使得外業(yè)補(bǔ)測工作量減少。

4）ADS80相機(jī)采用單一鏡頭進(jìn)行拍攝，避免了一般數(shù)碼航攝相機(jī)采用多個(gè)鏡頭獲取影像后的拼接問題。

5）基于IMU/DGPG輔助的數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)，空三加密若采用4個(gè)像控點(diǎn)布設(shè)方法，其整體精度可以滿足1∶500～1∶2 000航測內(nèi)業(yè)成圖要求。

6）由于飛機(jī)姿態(tài)不穩(wěn)定可能造成ADS80相機(jī)推掃式影像獲取不連貫，導(dǎo)致影像遺漏像素。這類問題可能造成影像上地物的缺失，如何快速發(fā)現(xiàn)并解決此類問題是ADS80相機(jī)面臨的一個(gè)緊迫任務(wù)。

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