ADS80在“數字城市”測繪工程中的應用

郭鵬飛

(河南省測繪工程院，河南 鄭州 450002)

1 引言

隨著我國測繪地理信息產業的迅猛發展，數字城市建設的步伐不斷加快，快速高效地獲取影像資料以及影像數據的快速處理是實現地理信息數據及時更新的保證。傳統航測技術(基于單模型測圖)雖然解決了部分需求，但是仍然需要較繁重的航測外業工作(包括像控和調繪)。隨著ADS80數碼航空攝影系統的出現以及數碼攝影測量技術的日漸成熟，這些問題得到了根本性的解決，本文結合生產實際就ADS80技術體系在“數字城市”基礎測繪中的應用進行了研究。

2 ADS80系統特點

ADS80數字航攝儀是目前國際上最先進的推掃式數字航攝系統之一。它是基于航天傳感器線陣掃描(CCD)和全球定位系統(GPS)、高精度的慣性導航定向系統(IMU)的集成。利用航天傳感器12 000像元三線陣掃描原理，一次飛行就可以同時獲得前視，底視和后視具有100%三度重疊、連續無縫的地面立體影像，可為數字攝影測量系統、遙感圖像處理系統提供高分辨率的全色、真彩色、近紅外數字影像。同時，該系統綜合使用POS、GPS精確導航定位，大大減少了外業地面控制的工作量。

3 ADS80在“數字商城”中的應用

3.1 任務概況

為了發展地理空間信息基礎設施，形成唯一，統一和權威的地理公共服務平臺，實現空間信息資源的開發利用和共建共享，加快數字城市的建設，“數字商城”建設成功啟動。測區涉及縣城規劃區和發展區面積約為200 km2的范圍。地形涉及平地，丘陵地和山地三種地形類別。

3.2 生產技術流程(如圖1)

圖1 生產技術流程圖

3.3 ADS80航空攝影

商城位于河南省東南部，從氣候條件、空域條件、地形地貌條件等綜合分析，測區航空攝影困難等級屬于三類區域，攝區航線基本屬于南北航向，測區飛行面積約200 km2。利用ADS80航攝儀相配套的FPES設計軟件進行了航線設計，測區共設計飛行航線為13條。根據飛行要求和天氣，飛行了2個架次完成航攝任務，地面分辨率0.09 m。

此次航攝采用有地面基準站配合的作業方式，基準站架設在測區中部范圍內，選取了2個已知D級GPS控制點，采用2臺天寶5700雙頻GPS接受機架設在點上，基準點位距離測區的邊緣不超過30 km，基站位于開闊處，附近無電波干擾。觀測條件和技術參數滿足各項技術規程。在2個架次13條飛行航線的過程中，空中地面各項儀器指標正常，飛行情況符合要求。

3.4 像控點布設及測量

(1)布設

本測區像控點按四角和中心布設方案，測區200 km2共設計布設了28個像控點。像控點選定均按照規范要求和像片條件進行了初選，點位的位置均選在各相鄰航線的影像上，影像清晰可見的明顯地物點上，同時像控點選刺應同時滿足平面和高程控制點對點位目標的要求，并在像片上標出概略位置，便于外業工作引導。

(2)聯測

28個像控點均進行了實地選點刺點。像控點WGS－84坐標的聯測采用HNCORS系統進行了測設，每個像控點目標均測設了3次，確保各項誤差在規定范圍內，取3次平均值為像控點成果值。每個像控點的刺點，整飾和說明嚴格按技術要求刺在電子文檔上。第二人按要求進行了實地獨立檢查。像控點聯測如圖2所示。

圖2 像控點聯測示意圖

3.5 ADS80數據預處理

ADS80是一臺基于三線陣推掃式航攝相機，其中集成了POS系統，可以在航攝的同時獨立記錄GPS相位中心的精確位置和高頻記錄IMU的姿態數據，在進行GPS和IMU數據聯合處理后可以得到航攝過程中航攝儀高頻精確的空間位置和姿態信息。通過內插可以得到每一個掃描線曝光瞬間的投影中心的空間位置和姿態數據。因此通過ADS80獲取到的地面掃描影像是一條條直接具有外方位元素的掃描線。

(1)外方位元素求解

ADS80內業解算主要是基于GPro、IPAS、APM和Orima軟件進行計算，在航飛結束后，利用同步基站GPS觀測數據，聯合機載GPS和IMU數據以及航攝時間記錄進行解算，獲得投影中心精確的空間位置和姿態數據。

(2)空中三角測量

空中三角測量的目的是獲得高精度的數字攝影測量內業所需的像片內外方位元素和數字影像糾正點等元素數據。本項目使用ORIMA自動空中三角測量系統進行加密，測區劃分為一個加密單元。采用IMU/DGPS輔助空三技術手段，用地面基站加外業像控點處理數據。在引入外業像控點大地坐標進行區域網的聯合平差計算時，像控制點的量測采用人工觀測。加入IMU/DGPS輔助航空攝影得到的6個外方位元素初值作為帶權觀測值參與平差，用加密成果進行定向。無約束平差和約束平差空中三角測量數據處理精度及各種限差均滿足技術要求?？杖讲罴用艹晒浲鈽I檢測點驗證時符合精度要求。

空三完成后，輸出L1級影像，Odf文件(影像定向文件);SUP文件(頭文件)

Cam文件夾(相機文件);ads文件(影像頭文件，內含程序要讀入的影像名稱成果)。

3.6 立體測圖

空中三角測量完成后，空三加密成果是在WGS－84坐標系統下所做的平差處理，要實現測繪項目“4D”產品的具體實施，就需要進行平面坐標和高程系統間的轉換。

(1)平面坐標系統轉換

通常采用七參數法，在進行七參數計算時，一定要搞清楚原GPS成果坐標系框架。ADS數字攝影測量系統獲取的是WGS－84坐標系，如采用地面基站差分GPS處理聯合計算，所得到的GPS成果就和地面基站坐標框架一致。如采用PPP無基站單點定位計算，得到的是WGS－84瞬時坐標系，則需要進行歸化改正?！皵底稚坛恰笨杖晒锹摵系孛婊居嬎悖ＷC了空三成果和測區D級GPS控制點WGS－84坐標系統是一致的。故只需把測區范圍內分布均勻的D級GPS點按布爾莎七參數轉換模型轉換即可。其中WGS－84作為原坐標系Ⅰ，CGCS2000坐標系作為目的坐標系Ⅱ。模型公式為:

其中:△x、△y、△z為平移參數，以m為單位;

εx、εy、εz為旋轉參數，以弧度為單位;

S為尺度比變化參數，無名數，ppm。

(2)高程系統改正

高程的計算，現在一般采用兩種方法改正:一是采用省內2'×2'大地水準面精化成果對大地高進行高程異常改正計算，如:*.bin(高程異常修正文件)。二是采用測區分布均勻的GPS控制點用水準擬合法求得。同樣，在轉換時也要注意WGS－84和大地水準面精化成果間坐標系統關系。由于商城測區布設了高密度的GPS水準點，故高程異常值的求得是在范圍內選取一定數量的D級GPS點按二次曲面擬合公式而得。

3.7 精度檢測

ADS80系統在“數字商城”工程測繪應用中，通過信息反饋，工作效率高，社會反響較好，數據成果也有較高的數學精度。下面是筆者參與“數字商城”1∶1 000比例尺地形圖精度檢測情況。

(1)平面精度檢測

隨機在作業區范圍內選定26幅內業采集的數據符號圖作為平面檢測樣圖，儀器選用拓撲康全站儀，在已知一級和圖根控制點上架設，在圖幅均勻范圍內選取30個～40個內業采集數據目標點為樣本點進行統計。目標點選取為沒檐的房子，花池角等明顯地物點上。以內業采集坐標數據和野外實測數據進行比較，統計精度如表1所示。

平面檢測精度統計表 表1

(2)高程精度檢測

隨機在作業區選定27幅內業采集的數據符號圖作為高程檢測樣圖，儀器選用拓撲康全站儀和GPS Trimble 5700檢測，在圖幅均勻范圍內選取35個內業采集數據目標點為樣本點進行統計，目標點選取在硬化路面，易判繪的地面和非鋪狀地面上，精度統計如表2所示。

高程檢測精度統計表 表2

(3)檢測結論

通過野外檢測，內業計算分析比較統計，ADS80數字航空攝影測量系統生產的大比例尺地形圖產品數據質量良好，平面和內業測設高程成果符合城市大比例尺測繪地形圖精度要求，達到技術規范指標。

4 結論

從ADS80數碼航空攝影系統在“數字商城”中成功應用表明:ADS80系統最大限度地減少外業像片控制測量任務，縮短了項目工期和成本;三線陣攝影技術，影像信息量豐富，前視，下視和后視三個條帶數據可以配成3個彩色立體像對測圖，通過像對間數據補充，大大減少遮擋范圍，減輕了外業補測工作量，在DLG立體測圖，DEM提取，DOM制作過程中采用整條帶作業模式，減少了圖幅拼接，影像處理等數據處理工作;橫向重疊度大，提高模型點連接精度，空三和測圖結果可靠性增強;同時通過檢測ADS80解決了航空攝影測量大比例尺地形圖內業測設高程精度問題，從而減輕了野外高程點測設任務;ADS80數據通用性較強，如:LPS、PixeFactory、Infho、Ssk、JX4、Virtuozo、Mapmatrix 等國內外通用軟件均可以兼容。這一系列的優勢將極大地推動基礎地理信息獲取技術及“數字城市”的發展。

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