ADS80航空摄影测量系统在甘肃省基础测绘中的应用

王 俊

(甘肃省地图院，甘肃 兰州730000)

一、Leica ADS80航空摄影测量系统概述

2001年7月，瑞士徕卡公司在荷兰阿姆斯特丹举行的第19届ISPRS(国际摄影测量与遥感协会)大会上正式推出了先进的基于线阵CCD扫描机载数字航空摄影测量系统ADS40。2008年7月，瑞士徕卡公司在中国北京举行的第21届ISPRS大会上又推出了 ADS系列机载传感器的最新产品——ADS80机载数字航空摄影测量系统。

Leica ADS80集成了高精度的惯性导航定向系统(IMU)和全球卫星定位系统(GPS)，采用12 000像元的三线阵CCD扫描和专业的单一大孔径镜头，一次飞行就可以同时获取前视、下视和后视的具有100%三度重叠、连续无缝的、具有相同影像分辨率和良好光谱特性的全色立体影像以及彩色影像和彩红外影像。

目前，国内已有多家单位购买了 ADS40/ADS80系统，并在测绘、规划、国土、铁路、水利等行业得到了很好的应用。特别是采用GPS精密单点定位技术(PPP)进行无GPS基站飞行作业后，使用ADS系统无需进行外业控制测量就可以直接进行加密和测图，不仅大大减少了外业控制测量工作及成本，更可以提高工作效率，缩短成图周期[1]。

二、ADS80在甘肃省基础测绘中的应用优势

1．甘肃省整体地貌简介

甘肃地貌复杂多样，山地、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁交错分布。地势自西南向东北倾斜，大致可分为6大区域：陇南山地、陇中黄土高原、甘南高原、河西走廊、祁连山地、河西走廊以北的沙漠及戈壁地带。

由于部分高山、沙漠、戈壁地区，人迹罕至，给外业控制测量工作造成很大的困难，加上过去摄影测量技术手段的限制，至今省内仍有大面积区域没有1∶10 000地形图覆盖。

2．ADS80应用的主要优势

(1)ADS80 自身的优势[2]

1)直接获取数字影像，免除了事后的胶片冲洗、扫描等繁琐工作，减少了误差源;

2)多波段成像能力，能同时获取全色、彩色和假彩色图像，并具有较高的地面分辨率;

3)地面覆盖宽，减少了航线并节省了飞行时间;

4)光敏动态范围大，降低了对航摄天气的要求，可获得更多的航摄时机;

5)校正精度高，可使对地面控制的依赖降到最低;

6)同时获取的3个航向立体为获取高质量DEM提供了保障。

(2)ADS80应用于甘肃省基础测绘的优势

ADS80相机是三线阵推扫式航摄相机，由于其内部集成高精度的POS系统，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。因此，通过ADS80获取到的地面扫描影像是一条条直接具有较高精度外方位元素的扫描线。航测生产所需的外业控制测量工作可全部或者大部分省去，更加有利于节约测图成本，大幅度提高全数字航测生产的效率[3]。甘肃省测绘局从2011年开始引入ADS80数据，至2012年，已经有约84 000 km2使用ADS80数据进行基础测绘的生产。因此，对地面控制点依赖极少的特点使ADS80航空摄影测量系统在甘肃省的基础测绘中具有广阔的应用前景。

三、ADS80数据处理

1．ADS80空三加密

ADS80空三加密采用Leica Xpro+Orima自动空三加密软件，首先将原始影像与经过IMU/GPS解算出来的初始外方位元素进行预处理，得到具有初始定位信息的L0级影像，然后进行区域内连接点的自动匹配，完成区域网的无约束平差。根据像控点的布点方案要求，选取并观测地面像控点和检查点进行区域网的联合平差解算。当检查点的残差满足精度要求时，输出加密成果，提交下工序使用。具体流程如图1所示。

图1 ADS80空三加密流程

2．3D产品生产

空三加密完成后，即可进行DLG(数据线划图)、DEM(数据高程模型)、DOM(数字正射影像)3D产品的生产，由于ADS80数据量较大，并且加密所使用的坐标系统可能与成图使用的坐标系统不一致，所以测图之前，需要对加密成果数据进行裁切和坐标系统的转换设置，如图2所示。

图2 3D产品生产

四、关键技术及解决方案

1．空三加密

空三加密是整个摄影测量的核心，而且处于摄影测量生产流程的前端。因此，在开展摄影测量工作时，必须解决空三加密的问题。

由于ADS80所涉及的数据较为复杂，目前国内仍然没有一套可以完全独立处理ADS80数据的空三加密软件。为此，引进了Leica Xpro+Orima自动空三加密软件，专门用于ADS80(包括ADS40)数据的处理。其特点是：高效、自动、操作简单并且几乎不受数据量大小的限制。

加密完成后，输出的主要文件有平差后的外方位元素文件*．odf和经过几何纠正的L1级影像数据。

2．坐标系统的转换

利用ADS80进行航空摄影作业时，其机载GPS和地面基站GPS获取的观测数据经处理后的成果为WGS-84坐标系统，而笔者使用的测绘产品采用的是CGCS2000坐标系统。因此，需要将WGS-84坐标转换为CGCS2000坐标。采用的方法有3种：七参数法、似大地水准面精化模型改正法和直接改正法。

1)七参数法是基于一种空间坐标转换的严密模型——七参数模型，见式(1)

2)似大地水准面精化模型改正法是利用似大地水准面精化成果将大地高改正到正常高。其公式为

式中，h为正常高;H为大地高;ζ为高程异常。

3)直接改正法是指控制点成果直接采用CGCS2000坐标系，将加密成果转换为成图坐标系的方法。这种方式比前两种方式所需要的控制点要多，并且可靠性不如前两种方式高，作业中需要较多的检查点进行精度检测，以确保加密成果的可靠性。

3．数据裁切

由于ADS80数据以航带为单位，每条航带长度有几十甚至几百千米，数据量巨大，给后续的测图工作带来很大的困难。因此，需要对数据进行裁切，以满足测图的需要。数据裁切采用吉威公司的DPS(数字摄影测量系统)裁切模块，可以按照标准图幅裁切，也可以按照用户指定的范围大小进行裁切。裁切后的数据保证了原始数据的定位信息，不会对测图精度造成任何影响。

4．DEM匹配

ADS80采用三线阵推扫式成像，其DEM匹配方式与流程与以往也有很大的不同。当前采用的DEM匹配软件主要有吉威公司的集群式影像处理系统(CIPS)和中国测绘科学研究院的PixelGrid。二者共同的特点是支持多任务处理，可集中进行大区域的DEM匹配，改变过去单机分散匹配方式，节省了大量的人力和时间。集群式匹配的DEM再分幅分块到作业端进行精细修测。

5．DOM制作

DOM 制作采用的是吉威公司的CIPS系统。其特点是：

1)基于刀片机的集群式、多任务处理模式;

2)支持大区域的DOM纠正，对数据量几乎没有限制;

3)支持大区域的DOM匀光匀色处理，速度快、我们效果较好;

4)支持标准图幅范围和自定义范围的影像镶嵌成图。

由于CIPS系统的引进，调整过去DOM单机作业模式，改为用CIPS集中制作，减少了大量数据在作业端流转造成的作业效率低下，减少了数据冗余，缩短了DOM制作周期，大大提高了生产效率。

五、应用前景

我国幅员辽阔，在西部无人区，人员难以涉足，传统航空摄影测量需要大量像控点测量以至于无法进行。采用ADS80数字航空摄影测量技术将会在西部无人区测图中发挥巨大的作用。

由于ADS80航空摄影测量系统内部集成高精度POS系统，极大地减小了对于地面控制点的依赖，在突发的自然灾害事件的应急测绘中也将发挥更大的作用。如舟曲泥石流灾害、青海玉树地震灾害等，都采用了ADS80数码航摄仪进行航空摄影并制作了应急测绘产品，为指挥救灾、决策等提供依据。

[1]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．

[2]刘军，张永生，范永弘．ADS4 0机载数字传感器的摄影测量处理与应用[J]，信息工程大学：测绘学院学报，2002，19(3)：186-188．

[3]缪剑，杨天克，徐水平，等．全数字航测相机ADS40及其应用初探[J]，测绘技术装备，2007，1(9)：44-45．