IMU輔助空三在川藏線制圖中的應(yīng)用

王　義

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川成都　610031)

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IMU輔助空三在川藏線制圖中的應(yīng)用

王義

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川成都610031)

通過自由網(wǎng)平差驗證川藏線IMU數(shù)據(jù)精度較高，隨引入IMU輔助空三技術(shù)，利用少量像控點對整個測區(qū)進行控制，并通過外業(yè)檢查點及散點驗證IMU輔助空三加密精度，其精度滿足大比例尺測圖規(guī)范要求，可減少外業(yè)像控點數(shù)量，提高航空攝影測量工作效率，并總結(jié)出IMU輔助空三制圖流程及外業(yè)像控點最優(yōu)布設(shè)方案。

IMU空三自由網(wǎng)像控點

空三加密的最終目的是求解航空像片的外方位元素，即攝影光束在攝影瞬間的空間位置和姿態(tài)參數(shù)。常規(guī)的做法是：全測區(qū)量測連接點及控制點，通過共線方程解算其外方位元素。而IMU為固定在航攝儀上面的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，可以直接獲取航片曝光時刻外方位元素數(shù)據(jù)，如果檢校精度較好，無需外控和空三加密即可完成1∶10 000地形圖測制，加少量控制點即可符合1∶2 000圖精度。

近階段，川藏線正在開展工作的是成康及拉林段。拉林段環(huán)境情況復(fù)雜，測區(qū)位于西藏境內(nèi)，西起拉薩，東至林芝，所經(jīng)區(qū)域崇山峻嶺，植被覆蓋茂密，中間橫跨難以逾越的雅魯藏布江，氣候條件極其惡劣，外業(yè)像控測量非常困難。為了減少外業(yè)工作量，研究利用IMU/DGPS輔助空三技術(shù)開展航測工作。

1　IMU數(shù)據(jù)整理及精度驗證

1.1IMU數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)計算整理

IMU原始數(shù)據(jù)格式平面為經(jīng)緯度，高程為大地高，與制圖坐標(biāo)系不一致，需進行投影轉(zhuǎn)化和高程改正。平面投影到國家標(biāo)準(zhǔn)3°分帶，并將大地高做高程異常改正，轉(zhuǎn)化為正常高，角元素不做變換。

1.2IMU數(shù)據(jù)精度驗證

IMU數(shù)據(jù)的精度必須經(jīng)內(nèi)業(yè)驗證，精度符合要求，方可用于內(nèi)業(yè)測圖及外控點布設(shè)方案。IMU的精度驗證方法有兩種，一是利用JX4測圖工作站完成，隨機抽取測區(qū)任意兩張相鄰影像，建立像對，完成自動內(nèi)定向、相對定向及核線重采樣步驟。IMU數(shù)據(jù)輸入時做安置試驗，角元素“Φ”設(shè)置為“-Φ”，由于影像飛行方向的變換，定向時“K”需作加減“180°”試驗，直至誤差較小。該驗證方法簡單實用，速度較快，生產(chǎn)中使用較多。圖1為拉林測區(qū)某像對IMU數(shù)據(jù)定向截圖。

圖1　拉林測區(qū)某像對IMU數(shù)據(jù)定向

從圖1可見，模型內(nèi)符合精度較好，像對之間的接邊最大誤差在5 m以內(nèi)。

方法二是利用Inpho加密軟件，通過自由網(wǎng)平差驗算IMU數(shù)據(jù)的精度，該方法可對全測區(qū)的IMU數(shù)據(jù)做檢查，無遺漏，精度普遍可靠，但用時較多，工期要求不太緊的項目可使用。用該方法對拉林測區(qū)多張影像的IMU數(shù)據(jù)做了精度統(tǒng)計(如表1)。

表1　拉林測區(qū)部分影像IMU數(shù)據(jù)精度統(tǒng)計　m

圖2　拉林某測區(qū)6點法布設(shè)方案

2　基于IMU數(shù)據(jù)無像控測制1∶10 000地形圖

拉林測區(qū)IMU數(shù)據(jù)精度較可靠，在無像控、不做空三加密的情況下，利用IMU外方位元素直接參與定向的方法，測制全測區(qū)1∶10 000地形圖。定向過程中，通過對“K”角作試驗，利用EXCEL表格加減常數(shù)，“Φ”角反向等手段建立全區(qū)EO外方位元素文件，為后續(xù)自動定向?qū)胪夥轿辉刈鰷?zhǔn)備。同時，全測區(qū)逐像對完成相對定向自動匹配及核線影像重采樣工作，之后，自動導(dǎo)入外方位元素。通過定向批量處理，加快了定向速度，提高了生產(chǎn)效率。定向完成后，測圖與常規(guī)方法方法一致。后續(xù)利用1∶2 000像控點及檢查點，對拉林測區(qū)用該方法測制的1∶10 000圖進行了精度統(tǒng)計，結(jié)果如表2。

表2　拉林測區(qū)1∶10 000圖精度統(tǒng)計　m

由表2可見，平面高程中誤差均滿足1∶10 000航測制圖規(guī)范要求。

3　基于IMU數(shù)據(jù)少量像控點測制1∶2 000地形圖

INPHO攝影測量工作站影像匹配技術(shù)非常強大，拉林測區(qū)1∶2 000空三加密工作，主要選用INPHO進行自動匹配，IMU數(shù)據(jù)自動引入，平差解算。實驗了多種控制點布設(shè)方案，下面以6點法和9點法為例進行闡述。

3.1全測區(qū)6點法

拉林某測區(qū)，地形等級為高山地，測區(qū)起始和結(jié)束各布設(shè)1對點，測區(qū)中間布設(shè)1對點。布點方案如圖2。

用多余控制點做檢查點，其殘差統(tǒng)計如表3。

表3　拉林某測區(qū)6點法布點方案　m

3.2全測區(qū)9點法

相同測區(qū)，地形等級仍為高山地，測區(qū)起始和結(jié)束各布設(shè)3個點，測區(qū)中間布設(shè)3個點。布點方案如圖3。

圖3　拉林某測區(qū)9點法布設(shè)方案

用多余控制點做檢查點，其殘差統(tǒng)計如表4。

表4　殘差統(tǒng)計　m

兩種方案中誤差均滿足《鐵路工程攝影測量規(guī)范》1∶2 000制圖規(guī)定，其中全測區(qū)9點法精度優(yōu)于全測區(qū)6點法，布設(shè)方案更加穩(wěn)妥可靠，實際生產(chǎn)中推薦使用。

4　結(jié)論

川藏線拉林測區(qū)利用IMU數(shù)據(jù)，采用無像控、不做空三、直接定向測圖的方法，測制了1∶10 000地形圖；并采取全測區(qū)9點法布設(shè)像控點，完成了空三加密工作，測制了1∶2 000地形圖。采用像控點對兩種地形圖做檢查，其精度都符合規(guī)范要求。川藏線應(yīng)用IMU輔助空三制圖技術(shù)，減少了外業(yè)像控點測繪工作量，加快了作業(yè)進度，具有廣泛的經(jīng)濟和社會效益，值得推廣應(yīng)用。

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Application of IMU aided aerial triangulation in Tibet Sichuan railway mapping

WANG Yi

2016-05-17

王義(1975—)，男，2000年畢業(yè)于武漢測繪科技大學(xué)攝影測量與遙感專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，高級工程師。

1672-7479(2016)04-0004-03

P237

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