ADS40數(shù)字航攝儀在鐵路航測(cè)中的生產(chǎn)試驗(yàn)

劉艷芳

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)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(shí)提供三個(gè)全色與一個(gè)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(duì)立體以供內(nèi)業(yè)觀測(cè)。ADS40航測(cè)儀上集成了GPS和慣性測(cè)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(duì)地面目標(biāo)的三維定位,從而大量減少攝影測(cè)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(cè)生產(chǎn)帶來(lái)許多新問(wèn)題。本文著重闡述了ADS40應(yīng)用在既有鐵路航測(cè)中的試驗(yàn)情況,說(shuō)明了各主要工序的精度指標(biāo)。

1 試驗(yàn)區(qū)

試驗(yàn)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(zhǎng)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(guó)家高程系統(tǒng),投影面大地高為0m。

2 航帶設(shè)計(jì)

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(jì)了單航帶6個(gè)測(cè)段,與常規(guī)攝影測(cè)量8個(gè)測(cè)段相比減少了2個(gè)。航帶設(shè)計(jì)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(cè)量

在進(jìn)行航空攝影時(shí),進(jìn)行了GPS基準(zhǔn)站布設(shè)和測(cè)量工作。在昌平、東崔、懷柔布設(shè)了三個(gè)地面GPS基站。地面GPS基站網(wǎng)采用鐵路B級(jí)GPS控制網(wǎng)觀測(cè)精度,以邊聯(lián)式大地四邊形構(gòu)建,并聯(lián)測(cè)測(cè)區(qū)附近的兩個(gè)國(guó)家三角點(diǎn),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(shí),引入兩個(gè)國(guó)家三角點(diǎn)的坐標(biāo)和高程資料,采用兩步法進(jìn)行約束平差,計(jì)算得出地面GPS基站點(diǎn)的坐標(biāo)和高程成果。為得到地面GPS基站網(wǎng)點(diǎn)在WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)下的準(zhǔn)確坐標(biāo),又引入測(cè)區(qū)附近北京市 GPS基站網(wǎng)5個(gè)網(wǎng)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)和WGS84坐標(biāo)進(jìn)行了三維約束平差。統(tǒng)計(jì)平面平差精度最大0.0692m,最小0.0095m;統(tǒng)計(jì)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(jī)載存儲(chǔ)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(jìn)行解算處理,建立工程后建立L0級(jí)影像。

5 像控點(diǎn)布設(shè)和測(cè)量

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

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

像控點(diǎn)聯(lián)測(cè)時(shí),是以D級(jí)首級(jí)平面控制網(wǎng)GPS點(diǎn)為參考站,采用星形網(wǎng)或三角形網(wǎng)聯(lián)測(cè),距離參考站不超過(guò)10km,按E級(jí)GPS網(wǎng)精度進(jìn)行觀測(cè)。

為檢核成圖質(zhì)量,在試驗(yàn)區(qū)測(cè)量了116個(gè)散列點(diǎn)。作業(yè)方式采用GPS快速靜態(tài)測(cè)量模式,在控制網(wǎng)點(diǎn)上架設(shè)基站,散列點(diǎn)與基站構(gòu)成星形網(wǎng)。

6 空三加密

為了驗(yàn)證可以用少量像控點(diǎn)進(jìn)行航測(cè)生產(chǎn),在利用ORIMA軟件進(jìn)行空三加密時(shí),分別采用24個(gè)、6個(gè)和4個(gè)像控點(diǎn)參與約束平差。24個(gè)像控點(diǎn)是6個(gè)測(cè)段三度重疊區(qū)域兩端各2個(gè)點(diǎn);6個(gè)像控點(diǎn)是試驗(yàn)區(qū)兩端各選2個(gè),中間選2個(gè);4個(gè)像控點(diǎn)是試驗(yàn)區(qū)兩端各選2個(gè)。加密精度統(tǒng)計(jì)情況如表1。從表1中可看出,4個(gè)像控點(diǎn)完全滿足大比例尺地形圖的測(cè)圖精度。

表1 ADS40加密精度統(tǒng)計(jì) m

7 散列點(diǎn)精度檢查

沿線路野外實(shí)測(cè)高程檢查點(diǎn)93個(gè),平面檢查點(diǎn)89個(gè),內(nèi)業(yè)用LPS測(cè)量后進(jìn)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(yǔ)

通過(guò)本次試驗(yàn)精度指標(biāo)可以看出,用4個(gè)像控點(diǎn)進(jìn)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(diǎn)測(cè)量工作,但航飛時(shí)增加了布設(shè)地面GPS基站的測(cè)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(shí)時(shí)漫游能力,這對(duì)硬件和軟件都有更高的要求。但另一方面,ADS40在一測(cè)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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