基于ADS影像航測內(nèi)業(yè)制圖研究

許懿娜 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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基于ADS影像航測內(nèi)業(yè)制圖研究

許懿娜 王 義

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

渝昆鐵路航空攝影采用目前先進的推掃式機載數(shù)字攝影測量系統(tǒng)ADS80，但影像存在原始格式不開放、傳統(tǒng)空三方法不適用、立體測圖軟件不識別等多個技術(shù)難點，無法按照傳統(tǒng)內(nèi)業(yè)制圖流程開展測圖工作。選擇渝昆線宜賓段某測段數(shù)據(jù)進行研究，制定了一套針對ADS數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)制圖的技術(shù)流程，經(jīng)外業(yè)控制點檢驗，能夠滿足1∶2 000制圖精度。

長條帶 空三加密 立體測圖

ADS80機載數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)是世界上唯一提供子像元級別精度數(shù)據(jù)的寬幅面數(shù)字攝影測量系統(tǒng)，一次飛行就可以同時獲取前視、下視和后視，具有100%三度重疊、聯(lián)系無縫的立體影像。由于集成了高精度的IMU和GPS，通過少量控制點即可控制整個測區(qū)，可大大減少外業(yè)工作量。攝影距離長，各影像間內(nèi)符合精度好，空三效率高，特別適合鐵路條帶狀制圖需求。然而，針對ADS數(shù)據(jù)，面臨原始數(shù)據(jù)格式無法解析、傳統(tǒng)空三方式不適用于條帶影像、立體測圖軟件不支持條帶影像等問題，若要應(yīng)用于工程，亟需解決這些問題。

渝昆鐵路為重慶至昆明間的新建高速鐵路，是我國西南地區(qū)的重要鐵路干線，也是西南地區(qū)與西北地區(qū)客運通道的重要組成部分。渝昆鐵路宜賓段選擇使用ADS攝影，條帶長約55 km，像幅為2.4 km。選擇其中1個測段進行ADS影像航測內(nèi)業(yè)制圖研究工作，旨在探索能夠滿足鐵路工程制圖要求的作業(yè)流程。

1 ADS影像內(nèi)業(yè)制圖技術(shù)流程

ADS內(nèi)業(yè)制圖技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 ADS航測內(nèi)業(yè)制圖流程

1.1 L0級影像預(yù)處理及空三

ADS影像原始格式L0級影像為RAW格式，Leica公司并未開放該格式，當前主流圖像處理軟件均無法處理，需要Leica配套ADS設(shè)備的Xpro或Gpro軟件首先完成原始L0級影像下載轉(zhuǎn)換，過程中可利用Ipas軟件下載15 d后的精密星歷數(shù)據(jù)，增加地理定位精度。

L0轉(zhuǎn)換為L1級影像需要進行初步空三。利用Xpro打開飛行測區(qū)，引入飛行航線，建立工程文件，設(shè)置匹配策略，進行自動點匹配。匹配結(jié)束后進行空三解算，自動運行Orima-DP模塊，剔除匹配錯誤點。如果由于飛行原因影像質(zhì)量不好，部分區(qū)域缺點，可以人工加點使匹配通過。通過反復(fù)剔除粗差點，使sigma值滿足精度要求。完成后輸出L1級影像，但Xpro軟件空三無法在立體環(huán)境下量測地面控制點，不能確保滿足工程制圖需求，故后期使用PixelGrid軟件進行主要的空三加密工作(如圖2)。

圖2 Xpro影像下載及空三加密

1.2 空三加密

僅基于Xpro加密無法立體量測控制點，達不到測制1∶2 000地形圖精度要求。PixelGrid軟件能夠基于Gpro輸出的L1級影像進行自動連接點量測、立體環(huán)境下人機交互地面控制點量測。選擇PixelGrid軟件進行L1級影像空三加密工作，具體流程如下。

(1)工程設(shè)置

設(shè)置ADS加密工程，關(guān)鍵點在于設(shè)置航線及坐標系。PixelGrid軟件通過*.sup文件添加航線，14A、02A、27A分別為一條航線前、中、后影像，選擇同一航帶三副影像后完成航線設(shè)置；渝昆線坐標系為國家2000坐標系35帶，PixelGrid軟件默認加上帶號，后期加入控制點時需注意將東坐標前添加帶號。工程設(shè)置界面如圖3。

圖3 PixelGrid工程設(shè)置

(2)影像轉(zhuǎn)換及種子點匹配

通過影像格式轉(zhuǎn)換完成影像預(yù)處理及金字塔生成工作，為后期空三準備工作。ADS影像條帶較長，前、中、后視影像需要選取種子點預(yù)先進行匹配，類似傳統(tǒng)航片加密中的航帶間偏移量選取，使后面相對定向更容易找到航帶間連接點。種子點約9 000像素選取一個，通過在三視影像中選取同名點實現(xiàn)(如圖4)。

圖4 種子點匹配

(3)自動相對定向

三視影像種子點量測完成后即可自動進行相對定向，匹配航帶間與航帶內(nèi)連接點。

(4)量測地面控制點

相對定向完成后即可人工量測地面控制點，PixelGrid軟件能夠直接先將所有控制點預(yù)計算，通過選擇每條航線，量取帶“++++++”的點即可，無需人工逐點尋找位置(如圖5)。

圖5 控制點量測

圖6中綠色圓點為航帶間連接點，紅色圓點為航帶內(nèi)連接點，綠色三角點為地面控制點，由圖6可看出，連接點及控制點匹配效果較好，布滿測區(qū)且分布均勻。

圖6 控制點及連接點分布

(5)區(qū)域網(wǎng)平差

PixelGrid軟件通過連接點和地面控制點進行測區(qū)區(qū)域網(wǎng)平差。針對渝昆線，首先“預(yù)先檢查控制點殘差”，在上方區(qū)域會出現(xiàn)控制點殘差情況，雙擊可直接進入立體量測窗口，此時可調(diào)整控制點。根據(jù)航測相關(guān)規(guī)范，滿足1∶2 000制圖需確保所有控制點殘差在1 m以內(nèi)。其后，通過“拉格朗日多項式定向法”進行區(qū)域網(wǎng)平差，軟件自動按照平差殘差將點號排序，刪除殘差大的相對定向點，反復(fù)平差，直到單位權(quán)中誤差為1/2像素左右。同時，控制點和連接點數(shù)量應(yīng)足夠，以免刪除點過多導(dǎo)致連接不好(如圖7)。

圖7 區(qū)域網(wǎng)平差

(6)輸出加密成果

當前使用的JX4測圖軟件無法處理條帶影像，需要將區(qū)域平差通過后影像裁剪為傳統(tǒng)航片大小，并通過PS等軟件從16 bit降位為8 bit，供后期測圖使用(如圖8)。

圖8 裁減空三成果

1.3 定向及立體測圖

JX4測圖軟件能夠直接選擇對“ADS數(shù)據(jù)”進行定向，但主流方式均是通過導(dǎo)入Orima工程或者像素工廠工程進行。針對PixelGrid空三成果，需要對文件進行組織，JX4軟件才可識別。

cam文件夾：相機文件；images文件夾：ads裁減后像對；odf文件夾：裁減后的空三成果；在同級目錄下將原始“*.sup”文件拷入。

定向時設(shè)置投影參數(shù)后即可完成定向，與傳統(tǒng)影像相比，定向速度很快，效率大大提高(如圖9)。

圖9 JX4定向設(shè)置

2 精度分析

精度分析如表1、表2所示。

表1 控制點殘差統(tǒng)計 m

表2 外業(yè)像控點坐標與地形圖高程比較 m

根據(jù)表1、表2統(tǒng)計的精度，并結(jié)合前期測制的重疊區(qū)域地形圖驗證，接邊精度均在1.2 m以內(nèi)，驗證了ADS80數(shù)據(jù)通過少量外業(yè)像控點進行空三加密工作，可以滿足測制1∶2 000地形圖精度。

3 結(jié)論

ADS航攝像幅長、條帶寬，一次飛行覆蓋范圍大，影像內(nèi)部相對精度高，可通過下載精密星歷數(shù)據(jù)幫助定位，定位精度高。所研究的作業(yè)流程，能夠完成ADS影像鐵路工程制圖工作。經(jīng)過精度統(tǒng)計，少量外控即可滿足1∶2 000制圖精度要求，且數(shù)據(jù)實用性和處理效率高，值得推廣應(yīng)用。

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Discussion on the Method of Vector Data Registration Based on ADS

XU Yina WANG Yi

2016-07-17

許懿娜(1985—)，女，2010年畢業(yè)于西南交通大學(xué)地圖制圖學(xué)與地理信息工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師。

1672-7479(2016)05-0034-04

P231.5

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