Leica ADS100空中三角測量中連接點自動匹配方案研究

商振偉

（遼寧省基礎測繪院 遼寧錦州 121003）

1 引言

空中三角測量（簡稱三空）是攝影測量中的重要工序，一直以來是攝影測量工作者的研究重點。隨著科技的發(fā)展，攝影測量已由傳統(tǒng)的解析攝影測量、模擬攝影測量發(fā)展到數(shù)字攝影測量階段[1]，空三測量也進入了數(shù)字自動化階段，自動化高精度的連接點匹配技術(shù)已經(jīng)應用在空三軟件中[2]。在ADS100空三作業(yè)中，連接點自動匹配方案的合理編輯對空三質(zhì)量及工作效率有著很大的影響。

ADS100是徠卡公司于2013年推出的最新一代三線陣推掃式航攝系統(tǒng)，其有效像幅寬度較之上一代產(chǎn)品ADS80提升了30%。由于ADS100的線陣推掃式成像方式與傳統(tǒng)中心投影方式不同，傳統(tǒng)空三加密軟件無法對其進行空三處理，需使用徠卡公司專門配備的XPRO軟件進行處理，該軟件具有自動化程度高、處理速度快、流程簡單等優(yōu)點。本文以ADS100丘陵地區(qū)數(shù)據(jù)為實驗對象，使用XPRO6.1進行空三作業(yè)，對自動連接點匹配方案進行了編輯實驗，得出了一個比較適合ADS100在丘陵區(qū)空三作業(yè)時的連接點匹配方案。

2 ADS100數(shù)字航攝系統(tǒng)

ADS100數(shù)字航攝系統(tǒng)是集成了高精度POS系統(tǒng)（全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)和慣性導航定位系統(tǒng)）的三線陣推掃式航攝系統(tǒng)，一次拍攝可以獲得前視、下視、后視完全重疊的影像[3]，其焦距為62.5mm，像元大小為5μm，最大基高比0.8[4]。由于系統(tǒng)集成了高精度的POS系統(tǒng)，這就為空三處理中影像匹配和平差提供了初始拓撲關(guān)系，極大的提高了工作效率，減小了外業(yè)像控點采集的工作量。

3 XPRO介紹

XPRO數(shù)據(jù)處理軟件包括了從數(shù)據(jù)預處理、空三到數(shù)字產(chǎn)品輸出的全過程。數(shù)據(jù)預處理模塊可以將ADS100原始影像數(shù)據(jù)進行下載和解壓，同時能夠?qū)⒂跋衽c處理后的POS融合進行幾何糾正；XPRO空三模塊核心是ORIMA授權(quán)的空三模塊，可以實現(xiàn)航帶引入、自動匹配連接點、控制點量測、網(wǎng)平差、成果輸出等功能；數(shù)字產(chǎn)品輸出可以生產(chǎn)DEM、DOM、DSM等產(chǎn)品。

4 空三流程

ADS100數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)框幅式數(shù)據(jù)不同，它是由大量垂直航向的掃描線構(gòu)成的無縫的影像條帶，在進行空三時無法一次性獲得每條掃描線的外方位元素，只能通過選取一定像素間隔或一定空間距離的掃描線作為定向片，通過平差獲得其外方位元素，再通過內(nèi)插獲得其余各條掃描線的外方位元素。具體流程如圖1所示。

圖1 空三流程

其中進行測區(qū)創(chuàng)建時需要進行坐標系和投影信息選擇；自動匹配連接點時需要根據(jù)測區(qū)情況進行連接點匹配略的選取，以保證足夠的連接點密度及無約束平差精度及效率；無約束平差時需要對匹配后的粗差點進行剔除，對點密度不足區(qū)域進行手工連接點量測，通過反復迭代計算獲得無約束平差結(jié)果；控制點引入時需要引入經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換的控制點數(shù)據(jù)，以保證外控數(shù)據(jù)坐標系統(tǒng)與測區(qū)一致；約束平差時需要對控制點進行手工量測，通過反復迭代計算獲得約束平差結(jié)果，并進行成果輸出。

5 丘陵地區(qū)自動匹配連接點方案研究

匹配連接點是空三過程中最重要的一步，直接影響空三質(zhì)量及效率。XPRO空三中連接點匹配方案是以可編輯的文形式保存的，在進行連接點匹配時可以根據(jù)需要進行方案的選取。比如在地形復雜區(qū)就需要選擇連接點較密的匹配方案以保證空三精度。

5.1 試驗區(qū)數(shù)據(jù)情況

本次試驗區(qū)為丘陵地區(qū)，共12條東西方向航線，航攝分辨率為0.2m，航攝面積約1200km2。

5.2 連接點方案研究

連接點匹配方案的制定有兩種形式：一種是基于像素間隔的方式；一種是按照航帶長度、寬度百分比的方式。本文以航帶長度、寬度百分比的方式進行連接點匹配實驗。通過實驗得出丘陵地區(qū)連接點匹配最佳方案，主要包括航帶長度、寬度百分比參數(shù)的確定以及最佳相似系數(shù)的確定。具體實驗數(shù)據(jù)見表1-表 3。

表1 方案1

方案1為軟件方推薦參數(shù)。使用該參數(shù)進行無約束平差發(fā)現(xiàn)，自動匹配的連接點較少，粗差點少，匹配時間較長，整體精度差。通過分析發(fā)現(xiàn)由于長度、寬度百分比參數(shù)較少，造成連接點較少，由于相似系數(shù)高，使得粗差點少，匹配時間較長。

表2 方案2

通過對方案1的分析得出方案2參數(shù)。使用該參數(shù)進行無約束平差發(fā)現(xiàn)，由于長度、寬度百分比參數(shù)增加，自動匹配的連接點有所增加，在使用方案1的相似系系數(shù)的情況下，整體精度有所改善，但匹配時間較方案1更長。為了保證質(zhì)量并提高工作效率，本次實驗中對多個相似系數(shù)進行了對比實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當相似系數(shù)為0.85時，整體精度與相似系數(shù)0.9時相當，粗差點數(shù)量較合理，工作效率所提高，但是各個指標仍然偏高，部分區(qū)域仍需要手動添加連接點。

表3 方案3

通過方案1、方案2的分析得出方案3的參數(shù)，在使用方案3的匹配方案進行無約束平差發(fā)現(xiàn)，連接點數(shù)量較多、分布較均勻，基本無需手動添加連接點，使用方案2得出的相似系數(shù)0.85進行匹配，粗差點數(shù)量較合理，綜合連接點匹配及粗差點情況，后續(xù)人工干預工作量較小，工作效率高，且整體精度好。

5.3 實驗總結(jié)

通過實驗分析發(fā)現(xiàn)，長度、寬度百分比參數(shù)多少與精度高低成正比，與工作效率成反比。而相似系數(shù)大小與粗差點個數(shù)成反比，與工作效率成反比。空三精度是空三的重要指標，在保證精度的情況下，合理的提高工作效率對實際生產(chǎn)有積極意義。通過上述實驗表明方案3的匹配方案較適合用于ADS100丘陵地區(qū)空三作業(yè)。

6 結(jié)束語

空三需要根據(jù)地形因素選擇自動匹配連接點方案，地形平坦地區(qū)可以使用較稀疏的連接點達到精度要求，地形變化大的地區(qū)需要較多的點達到精度要求。本次實驗基于ADS100丘陵地區(qū)數(shù)據(jù)進行，使用XPRO6.1進行數(shù)據(jù)處理，得出丘陵地區(qū)自動匹配連接點較合理的方案，該方案對丘陵地區(qū)空三加密工作有一定的參考意義。