淺析徠卡ADS80數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)

摘 要：文章介紹徠卡ADS80數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)的組成及特點，對數(shù)字影像數(shù)據(jù)后處理方面的技術內(nèi)容，包括空中三角測量，數(shù)字高程模型的建立，數(shù)字正射影像生成等制作流程做了簡要闡述。

關鍵詞：ADS80；測量；DEM；DOM

經(jīng)濟社會的快速發(fā)展對地理測繪信息產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求，如何快速高效地獲取地理影像資料，以及地理信息數(shù)據(jù)及時更新是地理測繪信息產(chǎn)業(yè)服務社會發(fā)展的保證?；趥鹘y(tǒng)單模型測圖技術雖然也相當成熟，不過其需要較繁重的航測外業(yè)工作。隨著ADS80數(shù)碼航空攝影系統(tǒng)的出現(xiàn)以及數(shù)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，文章將介紹徠卡ADS80數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)，以及數(shù)字影像數(shù)據(jù)后處理方面的技術內(nèi)容。

一、徠卡ADS80系統(tǒng)及特點

ADS80系統(tǒng)機載數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)目前最先進的推掃式機載數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)。徠卡ADS80系統(tǒng)集成了慣性導航定向系統(tǒng)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其采用了12000像元的三線陣CCD掃描以及專業(yè)的單一大孔徑焦闌（遠心）鏡頭，通過一次飛行就可以獲取包括前視、底點以及后視的三度重疊、連續(xù)無縫的、具有相同影像分辨率，徠卡ADS80系統(tǒng)可以呈現(xiàn)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。徠卡ADS80相機系統(tǒng)的基本參數(shù)如下：例如IMU型號Ring-laser gyro相機的頻率為200Hz；焦距為62.77mm；CCD像素大小為6.5um，全色波段線陣為2×12000像素（交叉）；RGB和NIR波段線陣的像素為12000像素，F(xiàn)OV視場角為64°，前視方向與底點夾角為27°，底點與后視方向夾角為14°，前視方向與后視方向夾角為41°。

二、數(shù)字影像數(shù)據(jù)后處理

（一）解析空中三角測量

目前ADS80數(shù)據(jù)處理軟件主要是徠卡公司的Xpro，平差模塊Orima己內(nèi)嵌于其中，不需單獨調(diào)用。使用ADS80線陣影像空三數(shù)據(jù)處理步驟如下：

1.數(shù)據(jù)準備：包括測區(qū)基本信息、飛行情況、控制點坐標及點之記、像機文件、IMU/GPS數(shù)據(jù)解算成果及L0影像。在此過程中應特別注意影像和像機文件的存放路徑，以避免產(chǎn)生不必要的麻煩。

2.航帶建立：利用Xpro的Block Preparation模塊建立航帶，指定其名稱及存放路徑，根據(jù)后綴名為*.RNV或*.sol的Trajectory File計算整個測區(qū)的平均經(jīng)緯度，然后根據(jù)需要添加后綴為*.stp的航線文件，Save Block后即完成航帶的建立過程。

3.匹配自動連接點：在Xpro的Triangulation模塊下，設置匹配所采用的波段。徠卡ADS80共有12個波段，選擇其中3個參與自動點的匹配，通常選擇默認的PANBI4A，PANF00A和PAN F27 A全色波段。

4.自由網(wǎng)平差：在Xpro中，一個Scenario相當于一個新的工程，在此基礎上進行初步平差，給定初始的Sigma0后反復迭代直至計算值收斂在Sigma0，并實時觀察連接點的匹配情況，確定連接點數(shù)量是否滿足平差要求，在必要時進行添加或修改。

5.量測控制點：導入測區(qū)WGS84坐標系和UTM投影下的控制點坐標，并為其設置各個方向上的權值。保存后，在Measurement窗口按照點之記對每個控制點進行量測。

6.區(qū)域網(wǎng)平差：在GPS Parametrization的Type下拉菜單中選擇Datum進行區(qū)域網(wǎng)平差，設定各觀測值權值，并不斷迭代直至收斂且各觀測值的分析指標符合預期要求，然后在*.odf文件中寫入成果（write toblock），生成新的外方位元素數(shù)據(jù)*.odf.Adj。

7.使用空三更新后的odf數(shù)據(jù)，用Xrpo的Recti-fier模塊生成L1級影像，滿足制作后續(xù)產(chǎn)品的需要。

（二）數(shù)字高程模型建立

以Microstation V8及MAS系統(tǒng)、Inpho軟件、ArcGIS9.3等進行DEM的制作為例介紹基于ADS80系統(tǒng)的數(shù)字高程模型建立。主要作業(yè)流程包括：DTM數(shù)據(jù)采集、DTM接邊、DEM制作、DEM編輯、DEM鑲嵌與分幅等。

1.DTM數(shù)據(jù)采集，常用的DTM數(shù)據(jù)的采集方法有2種：一是由軟件自動匹配獲取數(shù)據(jù)，該方法是DTM數(shù)據(jù)采集的主要方法，但由于影像自動匹配和濾波的局限性，對于地形較為復雜的地方，還需進行人工干預和修改。另一種方法是采用傳統(tǒng)的在立體模型下人工采集必要的特征線，即對自動匹配不能反映地貌特征的地方需要補采特征數(shù)據(jù)。另外，考慮到剛區(qū)范圍外數(shù)據(jù)接邊的問題，在自動匹配和人工采集DEM基礎數(shù)據(jù)時，范圍需外擴大約50m。

2.DTM數(shù)據(jù)接邊，相鄰DTM接邊不應出現(xiàn)漏洞，接邊處的高程應符合地形連續(xù)的總體特征。如果出現(xiàn)跳變，應在立體下檢查是否符合地貌特征，不能隨意進行平差修改。

3.DEM數(shù)據(jù)編輯，首先在Inpho軟件下輸出經(jīng)檢查、修改后的只保留真實地面高程信息的DTM數(shù)據(jù)：軟件自動匹配點（經(jīng)人工干預后）數(shù)據(jù)輸出為LAS格式，人工采集的特征線輸出為dxf格式。其次根據(jù)作業(yè)要求將整理好的dwg數(shù)據(jù)制作為一定間距的ArcGrid數(shù)據(jù)，該操作在ArcGIS軟件下進行，最后由軟件直接輸出為mig格式的DEM數(shù)據(jù)。

4.DEM制作過程，首先，對三維采集數(shù)據(jù)進行初步整理，檢查飛點飛線，確認沒問題后轉成CAD的dwg格式。另外，因Inpho軟件匹配輸出的是LAS數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)量較大，前期數(shù)據(jù)檢查、處理和合并均在Global Mapper下進行。然后，在ArcGIS環(huán)境下生成Raster，并套合剛區(qū)范圍線進行自由邊裁切。最后，利用DEM圖幅裁切程序，進行批量分幅并自動轉化輸出為img格式。

（三）數(shù)字正射影像生成

徠卡ADS80數(shù)據(jù)處理及正射影像圖制作的工藝流程主要有兩大部分：第一部分是徠卡ADS80影像及IMU/GPS數(shù)據(jù)處理，第二部分是制作正射影像圖（DOM）。徠卡ADS80數(shù)據(jù)處理及正射影像圖制作工藝流程。

正射影像圖制作包括空三加密、生成L1級影像、生成DSM與DEM、生成DOM等幾個步驟。

1.空三加密。需要的數(shù)據(jù)包括L0級影像、解算后的外方位元素、外業(yè)控制點及檢查點成果。主要步驟包括自動連接點匹配及編輯連接點、導人并判刺外業(yè)控制點及檢查點、平差計算輸出成果。

2.生成L1級影像。應用空三加密后生成的外方位元素成果對L0級影像進行糾正，得到L1級影像。L1級影像基本消除了變形，可用于立體觀測。

3.生成DSM與DEM。在Xpro中使用“DSM Extraction”模塊可以從ADS80數(shù)據(jù)中提取高密度點云。根據(jù)DSM的不同用途需要設置相應的DSM提取模式，其中“Full Resolution”，用于正射糾正，”Full Resolution（Urban）”模式用于城市三維建模。在自動生成DSM時一般建議選用3個全色波段參與自動匹配，這三個波段分別是：PANBI4A，PANF00A，PANF27A。在匹配生成DSM時應根據(jù)不同的地形地貌選擇較為合適的匹配策略，比如遇到山地時應選擇較為平緩的過濾，避免將山體過濾掉。

將生成的DSM導人第三方軟件生成數(shù)字高程模型（DEM）。在編輯DEM時，對不同特點的正射影像圖應采取不同的精度標準?？紤]到DEM的編輯誤差對最終DOM精度的影響以及地物所處像片的位置因素，應仔細編輯處于條帶邊緣位置的DEM，這樣有利于滿足DOM成圖精度要求。

4.生成DOM。利用DEM將L1級影像糾正成正射影像圖，可生成全色、彩色、彩紅外三種DOM成果。在DOM制作環(huán)節(jié)，因其是條帶狀影像，只需將條帶間影像人工完成鑲嵌，即可得到整塊區(qū)域；然后按圖幅分幅裁切生成DOM。生產(chǎn)DOM時應檢查生成的正射影像成果，對拉花、變形的地物進行重新編輯DEM，得到正確的正射影像成果。

三、結語

測繪技術的不斷進步，同時伴隨著全球定位系統(tǒng)、大地水準面精化等高科技技術的不斷與之融合互補，目前的徠卡ADS80數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)具有良好的性能，基于徠卡ADS80數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)的空中三角測量，數(shù)字高程模型的建立，數(shù)字正射影像生成等技術在未來應用前景或更加廣泛，為我國新時期的測繪事業(yè)的健康快速發(fā)展提供了可靠工具。

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作者簡介：曹曦（1980- ），男，山西太原人，本科，東方通用航空攝影有限公司，工程師，研究方向：數(shù)字航空攝影測量以及影像數(shù)據(jù)后處理。