答 星，吳克友，朱傳勇，文 琳

（1.武漢市測(cè)繪研究院，湖北 武漢 430022）

基于MapMatrix系統(tǒng)的ADS80數(shù)字航測(cè)成圖

答 星1，吳克友1，朱傳勇1，文 琳1

（1.武漢市測(cè)繪研究院，湖北 武漢 430022）

以武漢市江夏區(qū)1∶2 000數(shù)字航測(cè)成圖項(xiàng)目為例，探討了利用ADS80三線陣數(shù)碼航空影像進(jìn)行數(shù)字航測(cè)成圖的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合MapMatrix系統(tǒng)強(qiáng)大的立體采集模塊，設(shè)計(jì)了一套切實(shí)高效的數(shù)據(jù)采集生產(chǎn)流程。通過(guò)外業(yè)精度核查，成圖平面與高程精度均滿(mǎn)足城市測(cè)量規(guī)范要求。

ADS80；數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量；MapMatrix

ADS80航攝傳感器憑借其高精度的全球定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航定位系統(tǒng)（IMU），能夠大幅縮短航片掃描和空三加密的時(shí)間，一次航飛便能獲取整條航線的前視（27°）、下視（0°）、后視（14°）地面立體影像；能夠最大限度地減少外業(yè)控制，并提供接近1∶1的基高比（前后視41°交會(huì)角），彌補(bǔ)了以往框幅式像對(duì)立體采集中高程精度不足的缺陷。

以武漢市測(cè)繪研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我院”）2011年組織承接的武漢市江夏區(qū)1∶2 000數(shù)字地形圖測(cè)制任務(wù)中成圖面積為26 km2的區(qū)域作為本次生產(chǎn)測(cè)試的數(shù)據(jù)。該區(qū)域以丘陵地貌為主，局部輔以山地地形，是我院首次采用徠卡ADS80三線陣傳感器數(shù)碼影像實(shí)現(xiàn)DLG的立體采集及編輯成圖工作。本文借助MapMatrix全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行ADS80數(shù)字影像的立體采集，總結(jié)出了一條高效實(shí)用的生產(chǎn)技術(shù)流程。

1 項(xiàng)目情況和使用軟件

ADS80數(shù)碼航攝儀是2008年由德國(guó)航天中心與瑞士徠卡公司共同研發(fā)的最新型三線陣推掃式數(shù)字航空相機(jī)[1]。該航攝儀最大的優(yōu)勢(shì)是無(wú)需在實(shí)地布設(shè)大量地面像控點(diǎn)，可通過(guò)高精度的定向系統(tǒng)（POS）獲取相機(jī)的位置參數(shù)及外方位元素，利用高效的后處理軟件Gpro實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速下載與檢查、快速同名點(diǎn)查找、自動(dòng)剔除錯(cuò)點(diǎn)，能在少量人工干預(yù)的情況下實(shí)現(xiàn)快速空三加密，從而完成航空影像的空間地理定位。ADS80采用推掃式成像原理，線陣CCD獲取的每一條掃描行與被攝物體間具有嚴(yán)格的中心投影關(guān)系。由于影像處理和恢復(fù)立體模型方式不同，因此需要兼容ADS傳感器處理模塊的攝影測(cè)量系統(tǒng)才能完成立體測(cè)圖工作[2]。

MapMatrix系統(tǒng)是基于航空、衛(wèi)星遙感、外業(yè)等數(shù)據(jù)進(jìn)行多源空間信息綜合處理的平臺(tái)。通過(guò)其增加的ADS40模塊能夠支持目前絕大多數(shù)傳感器影像的立體采集，如傳統(tǒng)框幅式相機(jī)RC10、數(shù)碼影像DMC/ UCD、線陣傳感器ADS40/80和衛(wèi)星傳感器IKONOS/ QUICKBIRD等。MapMatrix 采用獨(dú)有的海量影像漫游技術(shù)，使得2～4 G 數(shù)據(jù)量的ADS影像通過(guò)分塊調(diào)度、緩存顯示的方式，在不增加用戶(hù)硬件投資的情況下達(dá)到實(shí)時(shí)漫游的要求。為解決ADS影像按照常規(guī)中心投影方式處理而造成立體影像的上下視差問(wèn)題， MapMatrix采用原始影像物方漫游方式，即直接利用各條航線的ODF參數(shù)物方驅(qū)動(dòng)立體影像漫游，采用嚴(yán)格的迭代-校驗(yàn)法完成 ADS40 前方交會(huì)、后方交會(huì)，即使在影像邊緣也能有效消除漫游影像時(shí)的上下視差影響[3]。

2 DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程及精度要求

2.1 生產(chǎn)流程

本次航攝資料是2011年航飛完成的地面分辨率為0．2 m的ADS80數(shù)碼航空影像，測(cè)區(qū)由4條航帶覆蓋。本項(xiàng)目采用如下技術(shù)路線：以測(cè)區(qū)已有的1∶10 000地形圖為生產(chǎn)設(shè)計(jì)和計(jì)劃參考依據(jù)，ADS80數(shù)碼影像數(shù)據(jù)需先通過(guò)IPAS軟件對(duì)空中IMU、GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，并解算得到飛機(jī)（相機(jī)）的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)。結(jié)合外業(yè)像控成果資料采用Pixel Factory像素工廠Bundle模塊進(jìn)行空中三角測(cè)量，通過(guò)對(duì)自動(dòng)連接點(diǎn)的逐級(jí)剔出，輸出改正后的ODF文件，供DLG采集使用。在Gpro軟件中引入空三平差所獲得的精確外方位元素,對(duì)L0級(jí)影像作定向定位糾正,得到 WGS84 坐標(biāo)系統(tǒng)下的L1級(jí)影像,然后利用 MapMatrix 完成本地坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換及恢復(fù)立體模型采集等工序[4,5]。1∶2 000 地形圖航測(cè)成圖采用“先內(nèi)后外”模式，即先利用MapMatrix系統(tǒng)進(jìn)行航測(cè)數(shù)字化立體三維判繪采集，再對(duì)航測(cè)線劃原圖進(jìn)行外業(yè)補(bǔ)測(cè)、調(diào)繪，通過(guò)外業(yè)實(shí)地檢查補(bǔ)測(cè)地形圖高程注記點(diǎn)，最終進(jìn)行編輯成圖及建庫(kù)數(shù)據(jù)處理，如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)技術(shù)流程圖

2.2 ADS80定向精度要求

利用ADS80隨機(jī)GPS解算軟件WAYPOINT對(duì)機(jī)載GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，結(jié)合GPS 3P技術(shù)和我院衛(wèi)星連續(xù)定位觀測(cè)基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，采用精密星歷差分技術(shù)解算飛行GPS數(shù)據(jù)，并獲得GPS WGS84坐標(biāo)成果。GPS解算精度應(yīng)滿(mǎn)足表1規(guī)定。

表1 Gps觀測(cè)要求及精度指標(biāo)表

利用IPAS軟件對(duì)機(jī)載IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出相機(jī)在空中的姿態(tài)改正數(shù)據(jù)，然后將成果與GPS數(shù)據(jù)融合，得出對(duì)數(shù)據(jù)模型的地理坐標(biāo)及姿態(tài)改正數(shù)據(jù)成果。該成果精度應(yīng)滿(mǎn)足表2規(guī)定。

表2 飛行姿態(tài)改正數(shù)據(jù)精度指標(biāo)表

經(jīng)水平糾正后的影像，均應(yīng)滿(mǎn)足《城市測(cè)量規(guī)范》要求，包括相對(duì)定向中的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)殘余上下視差、檢查點(diǎn)殘余上下視差，以及絕對(duì)定向中的定向點(diǎn)殘余誤差、加密點(diǎn)平面中誤差和高程中誤差等要求，部分指標(biāo)如表3所示。

表3 加密點(diǎn)精度指標(biāo)表/m

3 生產(chǎn)過(guò)程

3.1 ADS80數(shù)據(jù)創(chuàng)建立體模型方法

ADS80影像的建模無(wú)需進(jìn)行內(nèi)定向、相對(duì)定向、絕對(duì)定向及核線重采樣等，只需在建立MapMatrix時(shí)指定相機(jī)參數(shù)(*．cam)、影像頭文件（*．sup）、金字塔影像（*．tif）和姿態(tài)定向參數(shù)（*．odf）。由于ADS80的L1級(jí)影像是在WGS84大地坐標(biāo)系統(tǒng)下獲取的，因而處理前需通過(guò)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到北京54坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系的平面坐標(biāo)，并利用大地水準(zhǔn)面精化模型換算至國(guó)家85高程[6]。利用我院已有的江夏區(qū)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)和武漢市城市似大地水準(zhǔn)面精化模型，將坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換至所需坐標(biāo)系下，通過(guò)測(cè)區(qū)內(nèi)已有的像控點(diǎn)檢核，模型定向精度滿(mǎn)足測(cè)圖要求。若無(wú)轉(zhuǎn)換參數(shù)，還可在MapMatrix系統(tǒng)中分別輸入WGS84和北京54坐標(biāo)系統(tǒng)下同一組控制點(diǎn)坐標(biāo)，然后采用12參數(shù)仿射擬合，計(jì)算出轉(zhuǎn)換七參數(shù)。由于ADS80像元分辨率高達(dá)6．5 μm，因而在前后視交會(huì)角達(dá)到41°的立體環(huán)境下，還可通過(guò)放大數(shù)倍得到清晰的影像質(zhì)量，從而提高高程采集的精度。經(jīng)似大地水準(zhǔn)面精化模型改正后的高程精度與單純使用七參數(shù)轉(zhuǎn)換的高程差最大可達(dá)10 cm，可見(jiàn)區(qū)域似大地水準(zhǔn)面對(duì)高程精度至關(guān)重要[7]。

3.2 立體測(cè)編模塊的高效編輯功能

本次工程的立體測(cè)編采用MapMatrix軟件的FeatureMatrix模塊，其采編一體化的操作方式及屬性符號(hào)化的便捷導(dǎo)入導(dǎo)出，極大地提升了測(cè)圖效率。高程對(duì)接、曲線平滑、抽稀、矢量裁切等采集工具，極大地方便了立體三維數(shù)據(jù)的編輯。其類(lèi)似CAD的二三維捕捉，可以解決線狀地物的拓?fù)鋰?yán)密性問(wèn)題（房屋邊界編輯、池塘閉合等），減少了后續(xù)編圖工作量。作業(yè)員能在立體三維界面直接對(duì)采集和編輯錯(cuò)誤做自動(dòng)檢查和定位，無(wú)需用第三方軟件進(jìn)行矢量核查。其高精度的影像顯示技術(shù)，解決了傳統(tǒng)數(shù)字采集設(shè)備放大后立體影像發(fā)虛的問(wèn)題，同時(shí)還支持原始影像測(cè)圖，無(wú)需在采集前做核線重采樣。其類(lèi)似CAD的層管理模式，方便作業(yè)員定義新層、刪除層并進(jìn)行顏色、類(lèi)型、屬性的設(shè)置。因支持國(guó)家地圖圖式規(guī)范和國(guó)家軍用地圖圖式及各種符號(hào)的可視化瀏覽、修改和定制，使得三維測(cè)圖與符號(hào)化顯示能實(shí)現(xiàn)所測(cè)即所得。在數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出方面，F(xiàn)eatureMatrix支持 SHP、DXF、XYZ、XML 等多種格式，使測(cè)圖成果與后續(xù)處理無(wú)縫鏈接，通過(guò)我院開(kāi)發(fā)的層碼、符號(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)換插件，消除了不同測(cè)編平臺(tái)之間的二義性。

4 精度檢查結(jié)果

本次全幅檢查內(nèi)業(yè)圖面數(shù)據(jù)26幅，航測(cè)采集優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品7幅，占27%，剩余73%均為良級(jí)品；外業(yè)精度核查則利用我院WHCORS衛(wèi)星連續(xù)定位系統(tǒng)進(jìn)行RTK外業(yè)數(shù)據(jù)高程點(diǎn)采集、調(diào)繪及編輯，平均每幅圖高程檢查點(diǎn)40余個(gè)、平面精度檢查20余項(xiàng)，依次包含房角、田埂、電桿、房屋邊長(zhǎng)、坎上坎下等特征區(qū)域，利用了測(cè)區(qū)內(nèi)已有的C級(jí)和D級(jí)GPS控制點(diǎn)作為外業(yè)補(bǔ)測(cè)的RTK檢核點(diǎn)，起測(cè)和收測(cè)時(shí)均進(jìn)行精度限差檢核。編輯入庫(kù)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品共計(jì)15幅，占58%，剩余42%均為良級(jí)品。如表4所示。從精度上看，ADS80影像立體測(cè)圖的平面精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于精度指標(biāo)，內(nèi)業(yè)采集的高程精度優(yōu)于允許限差。由此證明，ADS80影像內(nèi)業(yè)采集高程精度優(yōu)于以往框幅式影像，可減少外業(yè)補(bǔ)測(cè)高程點(diǎn)的作業(yè)時(shí)間，提高成圖效率。

表4 精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

[1] 王海濤，武吉軍．徠卡ADS40/ADS80數(shù)字航空攝影測(cè)量系統(tǒng)[J]．測(cè)繪通報(bào)，2009(10):73-74

[2] 王清麗，薛文星．基于ADS40立體影像的1∶2 000地形圖測(cè)圖的技術(shù)特點(diǎn)[J]．測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化,2008，24(2)：31-33

[3] 航天遠(yuǎn)景公司． MapMatrix 多源空間信息綜合處理平臺(tái)用戶(hù)手冊(cè)[Z]．2007

[4] 周軍元,高凌．ADS40 數(shù)據(jù)處理方法[J]． 地理空間信息,2011,9(5):39-40

[5] 胡文元．基于ADS40的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量生產(chǎn)體系研究與應(yīng)用[J]．測(cè)繪通報(bào),2009(1):37-39

[6] 楊衛(wèi)軍，林鴻．ADS40數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中的DLG數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換[J]．地理空間信息，2011,9(3):76-79

[7] 陳弘奕．ADS40數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)中坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換和大地水準(zhǔn)面精化成果的應(yīng)用研究[J]．測(cè)繪通報(bào),2007(12):66-67

P231.5

B

1672-4623（2014）01-0126-02

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.043

答星，工程師，主要從事數(shù)字影像生產(chǎn)與開(kāi)發(fā)應(yīng)用工作。

2012-07-16。