ADS80在“数字城市”测绘工程中的应用

郭鹏飞

(河南省测绘工程院，河南 郑州 450002)

1 引言

随着我国测绘地理信息产业的迅猛发展，数字城市建设的步伐不断加快，快速高效地获取影像资料以及影像数据的快速处理是实现地理信息数据及时更新的保证。传统航测技术(基于单模型测图)虽然解决了部分需求，但是仍然需要较繁重的航测外业工作(包括像控和调绘)。随着ADS80数码航空摄影系统的出现以及数码摄影测量技术的日渐成熟，这些问题得到了根本性的解决，本文结合生产实际就ADS80技术体系在“数字城市”基础测绘中的应用进行了研究。

2 ADS80系统特点

ADS80数字航摄仪是目前国际上最先进的推扫式数字航摄系统之一。它是基于航天传感器线阵扫描(CCD)和全球定位系统(GPS)、高精度的惯性导航定向系统(IMU)的集成。利用航天传感器12 000像元三线阵扫描原理，一次飞行就可以同时获得前视，底视和后视具有100%三度重叠、连续无缝的地面立体影像，可为数字摄影测量系统、遥感图像处理系统提供高分辨率的全色、真彩色、近红外数字影像。同时，该系统综合使用POS、GPS精确导航定位，大大减少了外业地面控制的工作量。

3 ADS80在“数字商城”中的应用

3.1 任务概况

为了发展地理空间信息基础设施，形成唯一，统一和权威的地理公共服务平台，实现空间信息资源的开发利用和共建共享，加快数字城市的建设，“数字商城”建设成功启动。测区涉及县城规划区和发展区面积约为200 km2的范围。地形涉及平地，丘陵地和山地三种地形类别。

3.2 生产技术流程(如图1)

图1 生产技术流程图

3.3 ADS80航空摄影

商城位于河南省东南部，从气候条件、空域条件、地形地貌条件等综合分析，测区航空摄影困难等级属于三类区域，摄区航线基本属于南北航向，测区飞行面积约200 km2。利用ADS80航摄仪相配套的FPES设计软件进行了航线设计，测区共设计飞行航线为13条。根据飞行要求和天气，飞行了2个架次完成航摄任务，地面分辨率0.09 m。

此次航摄采用有地面基准站配合的作业方式，基准站架设在测区中部范围内，选取了2个已知D级GPS控制点，采用2台天宝5700双频GPS接受机架设在点上，基准点位距离测区的边缘不超过30 km，基站位于开阔处，附近无电波干扰。观测条件和技术参数满足各项技术规程。在2个架次13条飞行航线的过程中，空中地面各项仪器指标正常，飞行情况符合要求。

3.4 像控点布设及测量

(1)布设

本测区像控点按四角和中心布设方案，测区200 km2共设计布设了28个像控点。像控点选定均按照规范要求和像片条件进行了初选，点位的位置均选在各相邻航线的影像上，影像清晰可见的明显地物点上，同时像控点选刺应同时满足平面和高程控制点对点位目标的要求，并在像片上标出概略位置，便于外业工作引导。

(2)联测

28个像控点均进行了实地选点刺点。像控点WGS－84坐标的联测采用HNCORS系统进行了测设，每个像控点目标均测设了3次，确保各项误差在规定范围内，取3次平均值为像控点成果值。每个像控点的刺点，整饰和说明严格按技术要求刺在电子文档上。第二人按要求进行了实地独立检查。像控点联测如图2所示。

图2 像控点联测示意图

3.5 ADS80数据预处理

ADS80是一台基于三线阵推扫式航摄相机，其中集成了POS系统，可以在航摄的同时独立记录GPS相位中心的精确位置和高频记录IMU的姿态数据，在进行GPS和IMU数据联合处理后可以得到航摄过程中航摄仪高频精确的空间位置和姿态信息。通过内插可以得到每一个扫描线曝光瞬间的投影中心的空间位置和姿态数据。因此通过ADS80获取到的地面扫描影像是一条条直接具有外方位元素的扫描线。

(1)外方位元素求解

ADS80内业解算主要是基于GPro、IPAS、APM和Orima软件进行计算，在航飞结束后，利用同步基站GPS观测数据，联合机载GPS和IMU数据以及航摄时间记录进行解算，获得投影中心精确的空间位置和姿态数据。

(2)空中三角测量

空中三角测量的目的是获得高精度的数字摄影测量内业所需的像片内外方位元素和数字影像纠正点等元素数据。本项目使用ORIMA自动空中三角测量系统进行加密，测区划分为一个加密单元。采用IMU/DGPS辅助空三技术手段，用地面基站加外业像控点处理数据。在引入外业像控点大地坐标进行区域网的联合平差计算时，像控制点的量测采用人工观测。加入IMU/DGPS辅助航空摄影得到的6个外方位元素初值作为带权观测值参与平差，用加密成果进行定向。无约束平差和约束平差空中三角测量数据处理精度及各种限差均满足技术要求。空三平差加密成果经外业检测点验证时符合精度要求。

空三完成后，输出L1级影像，Odf文件(影像定向文件);SUP文件(头文件)

Cam文件夹(相机文件);ads文件(影像头文件，内含程序要读入的影像名称成果)。

3.6 立体测图

空中三角测量完成后，空三加密成果是在WGS－84坐标系统下所做的平差处理，要实现测绘项目“4D”产品的具体实施，就需要进行平面坐标和高程系统间的转换。

(1)平面坐标系统转换

通常采用七参数法，在进行七参数计算时，一定要搞清楚原GPS成果坐标系框架。ADS数字摄影测量系统获取的是WGS－84坐标系，如采用地面基站差分GPS处理联合计算，所得到的GPS成果就和地面基站坐标框架一致。如采用PPP无基站单点定位计算，得到的是WGS－84瞬时坐标系，则需要进行归化改正。“数字商城”空三成果是联合地面基站计算，保证了空三成果和测区D级GPS控制点WGS－84坐标系统是一致的。故只需把测区范围内分布均匀的D级GPS点按布尔莎七参数转换模型转换即可。其中WGS－84作为原坐标系Ⅰ，CGCS2000坐标系作为目的坐标系Ⅱ。模型公式为:

其中:△x、△y、△z为平移参数，以m为单位;

εx、εy、εz为旋转参数，以弧度为单位;

S为尺度比变化参数，无名数，ppm。

(2)高程系统改正

高程的计算，现在一般采用两种方法改正:一是采用省内2'×2'大地水准面精化成果对大地高进行高程异常改正计算，如:*.bin(高程异常修正文件)。二是采用测区分布均匀的GPS控制点用水准拟合法求得。同样，在转换时也要注意WGS－84和大地水准面精化成果间坐标系统关系。由于商城测区布设了高密度的GPS水准点，故高程异常值的求得是在范围内选取一定数量的D级GPS点按二次曲面拟合公式而得。

3.7 精度检测

ADS80系统在“数字商城”工程测绘应用中，通过信息反馈，工作效率高，社会反响较好，数据成果也有较高的数学精度。下面是笔者参与“数字商城”1∶1 000比例尺地形图精度检测情况。

(1)平面精度检测

随机在作业区范围内选定26幅内业采集的数据符号图作为平面检测样图，仪器选用拓扑康全站仪，在已知一级和图根控制点上架设，在图幅均匀范围内选取30个～40个内业采集数据目标点为样本点进行统计。目标点选取为没檐的房子，花池角等明显地物点上。以内业采集坐标数据和野外实测数据进行比较，统计精度如表1所示。

平面检测精度统计表 表1

(2)高程精度检测

随机在作业区选定27幅内业采集的数据符号图作为高程检测样图，仪器选用拓扑康全站仪和GPS Trimble 5700检测，在图幅均匀范围内选取35个内业采集数据目标点为样本点进行统计，目标点选取在硬化路面，易判绘的地面和非铺状地面上，精度统计如表2所示。

高程检测精度统计表 表2

(3)检测结论

通过野外检测，内业计算分析比较统计，ADS80数字航空摄影测量系统生产的大比例尺地形图产品数据质量良好，平面和内业测设高程成果符合城市大比例尺测绘地形图精度要求，达到技术规范指标。

4 结论

从ADS80数码航空摄影系统在“数字商城”中成功应用表明:ADS80系统最大限度地减少外业像片控制测量任务，缩短了项目工期和成本;三线阵摄影技术，影像信息量丰富，前视，下视和后视三个条带数据可以配成3个彩色立体像对测图，通过像对间数据补充，大大减少遮挡范围，减轻了外业补测工作量，在DLG立体测图，DEM提取，DOM制作过程中采用整条带作业模式，减少了图幅拼接，影像处理等数据处理工作;横向重叠度大，提高模型点连接精度，空三和测图结果可靠性增强;同时通过检测ADS80解决了航空摄影测量大比例尺地形图内业测设高程精度问题，从而减轻了野外高程点测设任务;ADS80数据通用性较强，如:LPS、PixeFactory、Infho、Ssk、JX4、Virtuozo、Mapmatrix 等国内外通用软件均可以兼容。这一系列的优势将极大地推动基础地理信息获取技术及“数字城市”的发展。

［1］张祖勋，张剑清.数字摄影测量学［M］.武汉:武汉大学出版社，1997.

［2］张剑清，潘励，王树根.摄影测量学［M］.武汉:武汉大学出版社，2003.

［3］郭鹏飞，吴秀丽，景俊红.淄博市连续运行GPS参考站系统的综述［J］.测绘通报，2010(2):32～34.

［4］杨庚印，王孝红.徕卡ADS40数字航空摄影测量系统技术在1∶10 000地形图更新中应用研究［J］.测绘通报，2007(9):71～73.

［5］王海涛，武吉军，冯聪军等.徕卡ADS40/ADS80数字航空摄影测量系统［J］.测绘通报，2009(10):73～74.

［6］杨庚印.徕卡ADS80数字航空相机的精度验证和技术探讨［J］.测绘通报，2010(8):68～69.

［7］GB/T 7930－2008.1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形图航空摄影测量内业规范［S］.