ADS80航空攝影測量系統在甘肅省基礎測繪中的應用

王 俊

(甘肅省地圖院，甘肅 蘭州730000)

一、Leica ADS80航空攝影測量系統概述

2001年7月，瑞士徠卡公司在荷蘭阿姆斯特丹舉行的第19屆ISPRS(國際攝影測量與遙感協會)大會上正式推出了先進的基于線陣CCD掃描機載數字航空攝影測量系統ADS40。2008年7月，瑞士徠卡公司在中國北京舉行的第21屆ISPRS大會上又推出了 ADS系列機載傳感器的最新產品——ADS80機載數字航空攝影測量系統。

Leica ADS80集成了高精度的慣性導航定向系統(IMU)和全球衛星定位系統(GPS)，采用12 000像元的三線陣CCD掃描和專業的單一大孔徑鏡頭，一次飛行就可以同時獲取前視、下視和后視的具有100%三度重疊、連續無縫的、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。

目前，國內已有多家單位購買了 ADS40/ADS80系統，并在測繪、規劃、國土、鐵路、水利等行業得到了很好的應用。特別是采用GPS精密單點定位技術(PPP)進行無GPS基站飛行作業后，使用ADS系統無需進行外業控制測量就可以直接進行加密和測圖，不僅大大減少了外業控制測量工作及成本，更可以提高工作效率，縮短成圖周期[1]。

二、ADS80在甘肅省基礎測繪中的應用優勢

1．甘肅省整體地貌簡介

甘肅地貌復雜多樣，山地、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁交錯分布。地勢自西南向東北傾斜，大致可分為6大區域：隴南山地、隴中黃土高原、甘南高原、河西走廊、祁連山地、河西走廊以北的沙漠及戈壁地帶。

由于部分高山、沙漠、戈壁地區，人跡罕至，給外業控制測量工作造成很大的困難，加上過去攝影測量技術手段的限制，至今省內仍有大面積區域沒有1∶10 000地形圖覆蓋。

2．ADS80應用的主要優勢

(1)ADS80 自身的優勢[2]

1)直接獲取數字影像，免除了事后的膠片沖洗、掃描等繁瑣工作，減少了誤差源;

2)多波段成像能力，能同時獲取全色、彩色和假彩色圖像，并具有較高的地面分辨率;

3)地面覆蓋寬，減少了航線并節省了飛行時間;

4)光敏動態范圍大，降低了對航攝天氣的要求，可獲得更多的航攝時機;

5)校正精度高，可使對地面控制的依賴降到最低;

6)同時獲取的3個航向立體為獲取高質量DEM提供了保障。

(2)ADS80應用于甘肅省基礎測繪的優勢

ADS80相機是三線陣推掃式航攝相機，由于其內部集成高精度的POS系統，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。因此，通過ADS80獲取到的地面掃描影像是一條條直接具有較高精度外方位元素的掃描線。航測生產所需的外業控制測量工作可全部或者大部分省去，更加有利于節約測圖成本，大幅度提高全數字航測生產的效率[3]。甘肅省測繪局從2011年開始引入ADS80數據，至2012年，已經有約84 000 km2使用ADS80數據進行基礎測繪的生產。因此，對地面控制點依賴極少的特點使ADS80航空攝影測量系統在甘肅省的基礎測繪中具有廣闊的應用前景。

三、ADS80數據處理

1．ADS80空三加密

ADS80空三加密采用Leica Xpro+Orima自動空三加密軟件，首先將原始影像與經過IMU/GPS解算出來的初始外方位元素進行預處理，得到具有初始定位信息的L0級影像，然后進行區域內連接點的自動匹配，完成區域網的無約束平差。根據像控點的布點方案要求，選取并觀測地面像控點和檢查點進行區域網的聯合平差解算。當檢查點的殘差滿足精度要求時，輸出加密成果，提交下工序使用。具體流程如圖1所示。

圖1 ADS80空三加密流程

2．3D產品生產

空三加密完成后，即可進行DLG(數據線劃圖)、DEM(數據高程模型)、DOM(數字正射影像)3D產品的生產，由于ADS80數據量較大，并且加密所使用的坐標系統可能與成圖使用的坐標系統不一致，所以測圖之前，需要對加密成果數據進行裁切和坐標系統的轉換設置，如圖2所示。

圖2 3D產品生產

四、關鍵技術及解決方案

1．空三加密

空三加密是整個攝影測量的核心，而且處于攝影測量生產流程的前端。因此，在開展攝影測量工作時，必須解決空三加密的問題。

由于ADS80所涉及的數據較為復雜，目前國內仍然沒有一套可以完全獨立處理ADS80數據的空三加密軟件。為此，引進了Leica Xpro+Orima自動空三加密軟件，專門用于ADS80(包括ADS40)數據的處理。其特點是：高效、自動、操作簡單并且幾乎不受數據量大小的限制。

加密完成后，輸出的主要文件有平差后的外方位元素文件*．odf和經過幾何糾正的L1級影像數據。

2．坐標系統的轉換

利用ADS80進行航空攝影作業時，其機載GPS和地面基站GPS獲取的觀測數據經處理后的成果為WGS-84坐標系統，而筆者使用的測繪產品采用的是CGCS2000坐標系統。因此，需要將WGS-84坐標轉換為CGCS2000坐標。采用的方法有3種：七參數法、似大地水準面精化模型改正法和直接改正法。

1)七參數法是基于一種空間坐標轉換的嚴密模型——七參數模型，見式(1)

2)似大地水準面精化模型改正法是利用似大地水準面精化成果將大地高改正到正常高。其公式為

式中，h為正常高;H為大地高;ζ為高程異常。

3)直接改正法是指控制點成果直接采用CGCS2000坐標系，將加密成果轉換為成圖坐標系的方法。這種方式比前兩種方式所需要的控制點要多，并且可靠性不如前兩種方式高，作業中需要較多的檢查點進行精度檢測，以確保加密成果的可靠性。

3．數據裁切

由于ADS80數據以航帶為單位，每條航帶長度有幾十甚至幾百千米，數據量巨大，給后續的測圖工作帶來很大的困難。因此，需要對數據進行裁切，以滿足測圖的需要。數據裁切采用吉威公司的DPS(數字攝影測量系統)裁切模塊，可以按照標準圖幅裁切，也可以按照用戶指定的范圍大小進行裁切。裁切后的數據保證了原始數據的定位信息，不會對測圖精度造成任何影響。

4．DEM匹配

ADS80采用三線陣推掃式成像，其DEM匹配方式與流程與以往也有很大的不同。當前采用的DEM匹配軟件主要有吉威公司的集群式影像處理系統(CIPS)和中國測繪科學研究院的PixelGrid。二者共同的特點是支持多任務處理，可集中進行大區域的DEM匹配，改變過去單機分散匹配方式，節省了大量的人力和時間。集群式匹配的DEM再分幅分塊到作業端進行精細修測。

5．DOM制作

DOM 制作采用的是吉威公司的CIPS系統。其特點是：

1)基于刀片機的集群式、多任務處理模式;

2)支持大區域的DOM糾正，對數據量幾乎沒有限制;

3)支持大區域的DOM勻光勻色處理，速度快、我們效果較好;

4)支持標準圖幅范圍和自定義范圍的影像鑲嵌成圖。

由于CIPS系統的引進，調整過去DOM單機作業模式，改為用CIPS集中制作，減少了大量數據在作業端流轉造成的作業效率低下，減少了數據冗余，縮短了DOM制作周期，大大提高了生產效率。

五、應用前景

我國幅員遼闊，在西部無人區，人員難以涉足，傳統航空攝影測量需要大量像控點測量以至于無法進行。采用ADS80數字航空攝影測量技術將會在西部無人區測圖中發揮巨大的作用。

由于ADS80航空攝影測量系統內部集成高精度POS系統，極大地減小了對于地面控制點的依賴，在突發的自然災害事件的應急測繪中也將發揮更大的作用。如舟曲泥石流災害、青海玉樹地震災害等，都采用了ADS80數碼航攝儀進行航空攝影并制作了應急測繪產品，為指揮救災、決策等提供依據。

[1]王海濤，武吉軍，馮聰軍，等．徠卡ADS40/ADS80數字航空攝影測量系統[J]．測繪通報，2009(10)：73-74．

[2]劉軍，張永生，范永弘．ADS4 0機載數字傳感器的攝影測量處理與應用[J]，信息工程大學：測繪學院學報，2002，19(3)：186-188．

[3]繆劍，楊天克，徐水平，等．全數字航測相機ADS40及其應用初探[J]，測繪技術裝備，2007，1(9)：44-45．