Orima、SOCETSET及SSK空三加密工程与成果转换方法研究

张 丽 邓继伟

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300251)

航空摄影测量技术包括航空摄影、地面控制、空三加密、内业测图等几个阶段[1]，其中，空中三角测量是摄影测量技术的关键步骤。它利用少量地面控制点将整个区域网连接成一个整体，通过区域网平差计算一个测区中所有影像的外方位元素和所有加密点的地面坐标，用于模型定向以及后续4D产品的生产[2-3]。

常用的解析空中三角测量软件主要有SOCETSET、Orima和SSK。SOCETSET是LH公司HELAVA全数字摄影测量工作站采用的最小二乘光束法平差软件，可对多种资源影像进行三角测量。Orima加密软件是一个区域空中三角测量分析软件系统，能够处理大量的影像坐标、地面控制点和GPS坐标，实现以生产为核心的框幅式和推扫式(徕卡ADS系列)影像的空中三角测量，可以处理air borne GPS和Intertial Measurement Unit姿态数据，包括GPS偏移和IMU误差参数。SSK是Intergraph公司研发的全数字摄影测量系统，其中ISAT(ImageStation)自动空三模块能自动进行连接点生成和空三计算。采用ISAT进行影像匹配时，可利用其内置的光束法软件自动生成多重叠的连接点，可以利用图形选择像片、模型、测区，项目大小不受限制，支持GPS、惯导处理、相机检校、自检校参数自动设置及分析、空三结果的图形分析等。ISAT支持内定向、连接点自动提取、空三计算及分析的全部流程。

上述三类软件在空三加密上各有优劣。SOCETSET软件优点在于点的量测上更为人性化，适合树木茂密、地形复杂地区连接点的匹配。在POS系统辅助的空三加密中，Orima在目标点自动匹配和粗差自动探测和剔除方面优势明显，但是在匹配弱区加点时比较繁琐。而SSK则在匹配弱区点的添加和平差解算方面更为方便。生产实践中，需要在不同软件间进行格式转化，给地形图生产带来了较大的麻烦。因此，对Orima、SOCETSET及SSK空三加密工程及成果转换方法进行深入研究，对航测生产项目具有很强的实用性和必要性。

1 Orima、SOCETSET及SSK空三加密工程转换

针对三款空三软件各自的工程文件以及中间过程文件进行详细研究和分析，可实现Orima、SOCETSET及SSK相互之间的半自动转换。无POS辅助空三加密时，尽量选用SOCET SET5.3进行空三加密；有POS辅助空三加密时，优先选用LPS+Orima或者SSK空三加密软件进行作业。

对于无POS辅助空三加密项目的重新加密，可以将旧工程转换至LPS+Orima或者SSK空三加密项目，将旧项目的EO数据作为初始POS数据使用，利用POS辅助空三加密模块实现高效的空三作业。对有POS辅助的空三加密项目，在项目任务紧急时，可以选用LPS+Orima和SSK两款空三加密软件同时进行，加密过程中，通过二者的相互转换，由LPS+Orima进行粗差自动探测和剔除，由SSK进行像控点量测和弱区域点的添加。

Orima、SOCETSET及SSK空三加密工程转换流程如图1所示。

图1 Orima、SOCETSET及SSK空三加密转换流程

1.1 空三加密工程文件

(1)Orima文件格式介绍[4-5，12]

相机文件(*.cam)：主要信息为相机焦距、像主点偏移，像片的四个光学框标像点坐标。

建立Orima空三工程所需的外方位元素文件：主要包括*.dat，*.gps，*.imu三个对应文件，其中*.dat包含数据为“影像号XYZOmega Phi Kappa”，*.gps包含数据为“影像号XYZ”，*.imu包含数据为“影像号 Omega Phi Kappa”。

像点坐标文件：每张参与空三加密的影像对应一个*.ipf文件。

物方点坐标文件：每个像点前方交会所得的物方坐标记录在ground.dat文件中。

控制点、检查点、连接点权重设置文件：adjobj.0文件。

所有影像对应的像点坐标文件：images.mea文件。

(2)SOCET SET文件格式介绍[6]

相机文件(*.cam)：主要信息为相机焦距、像主点偏移、像片的四个光学框标像点坐标。

测区航带信息文件：*.atf文件。

像片工程信息文件(*.sup文件)：记录该像片对应的内方位元素、外方位元素信息，影像及金字塔影像路径信息等。

像点坐标文件：每张参与空三加密的影像对应一个*.ipf文件。

物方坐标文件(*.gpf)：记录影像区域网平差后前方交会得到的所有物方点坐标。

内定向结果文件：*.iop文件。

空三加密平差结果文件(*.rep)：记录影像区域网平差前后的内外方位元素及残差、像点残差、前方交会得到的物方点坐标及残差。

(3)SSK文件格式介绍

相机文件(camera)：主要信息为相机焦距、像主点偏移。

空三工程文件(project)：记录测区信息，航带信息等。

像点坐标文件(photo)：记录空三工程中所有的像点坐标。

物方点坐标文件(control)：记录空三工程中所有像点坐标前方交会所得到的物方点坐标。

空三工程模型文件(model)：记录空三工程中所有像对模型信息。

1.2 Orima、SOCET SET及SKK空三工程转换流程

(1)Orima与SOCET SET空三工程转换

利用测区原始数据，分别建立Orima以及SOCET SET空三加密工程；针对测区的实际特点，先选用其中一款软件进行初次空三加密，然后通过工程转换，利用另外一款软件进行二次空三加密。例如，先用Orima进行自由网匹配和平差，然后转换至SOCET SET，进行像控点量测和平差。Orima工程中的*.ipf和images.mea可以与SOCET SET工程中的*.ipf、*.iop进行对应互转；Orima工程中的*.ground可以与SOCET SET工程中的*.gpf进行对应互转；Orima工程中的*.gps、*.imu可以与SOCET SET工程中的*.sup、*.atf进行对应互转。工程转换流程如图2。

图2 Orima与SOCET SET空三工程相互转换流程

(2)Orima与SSK空三工程相互转换

利用测区原始数据，分别建立Orima以及SSK空三加密工程，针对测区的实际特点，用Orima(或者SSK)进行自由网匹配和平差，然后转换至SSK(或Orima)进行像控点量测和平差。Orima工程中的*.ipf和images.mea可与SSK工程中的photo文件进行对应互转；Orima工程中的*.ground与SSK工程中的control可对应互转；Orima工程中的*.gps、*.imu可以与SSK工程中的project文件进行对应互转。工程转换流程如图3。

图3 Orima与SSK空三工程相互转换流程

(3)SOCET SET与SSK空三工程相互转换

利用测区原始数据，分别建立SOCET SET和SSK空三加密工程，根据地形和数据特点，用SOCET SET(或者SSK)进行匹配和平差，然后将工程转换至SSK(或SOCET SET)进行区域网平差和粗差剔除。SOCET SET工程中的*.ipf和*.iop可与SSK工程中的photo文件进行互转，SOCET SET工程中的*.sup、*.atf可与SSK工程中的project、model进行对应互转。工程转换流程如图4。

图4 SOCET SET与SSK空三工程相互转换流程

Orima、SOCET SET及SKK空三加密工程转换的核心在于对工程文件的分析，其重点为各款空三加密软件中坐标系的定义、外方位元素、像点坐标及物方点坐标信息的记录方式等。通过程序实现了三种软件关键工程文件的读取和转换，通过手工建立空三初始化工程，然后利用程序自动转换过程文件的方式，实现了三种空三加密工程的半自动无缝转换，极大提高了空三加密工程的精度和作业效率。

2 空三加密成果导出及转换

目前使用的测图软件主要是JX-4和MapMatrix摄影测量工作站，针对不同的空三加密软件定制了不同的接口，但不同的空三成果的导入方式不尽一致，亦有难易之分。目前，测图人员多习惯使用PATB格式、Z/I格式、JX-4自带空三旋转矩阵格式以及MapMatrix自带空三旋转矩阵格式等。针对不同的测图软件，可以导出适应性最强的空三加密成果格式，从而实现加密成果与测图定向接口间的无缝对接，大幅提高测图定向效率。

2.1 主要空三成果文件

(1)Patb成果文件

主要包含三个文件，分别为*.im文件，*.adj文件，*.ori文件。其中，*.im文件记录每张影像上所有连接点的像点坐标(单位为μm)信息，*.adj文件记录空三工程中所有控制点、检查点及连接点的物方坐标(单位为m)，*.ori文件记录空三工程所有影像的外放位元素(JX-4定向用的*.ori文件记录的是线元素与旋转矩阵，MapMatrix文件记录的是线元素与角元素)。

(2)Z/I格式

主要包含五个文件，分别为project、photo、control、model和camera文件，必要时还可以附带EO文件和patb文件。EO文件记录空三工程中影像的外方位元素(相当于patb格式的*.ori文件)，patb文件记录空三工程中所有影像上连接点的像点坐标(相当于patb格式的*.im文件)。

(3)Rep/Gpf格式

分别为*.ipf文件、*.iop文件、*.rep文件、*.gpf文件及*.exp文件。

2.2 主要空三成果文件相互转换

通过编写软件，实现了Patb、Z/I、Rep/Gpf常用空三成果之间的相互转换，从本质上来说，即是三种成果所包含文件的格式转换[13-14]。

(1)Patb和Z/I之间的转换

(2)Patb和Rep/Gpf之间的转换

(3)Z/I和Rep/Gpf之间的转换

photo文件和*.ipf、*.iop文件记录测区影像的像点坐标信息，二者之间可以进行格式转换。

control文件和*.gpf文件记录测区影像加密点的物方坐标信息，二者之间可以进行格式转换。

model、project文件和*.rep、*.exp文件记录测区影像的外方位元素和像对模型信息，二者之间可以进行格式转换。流程如图5所示。

图5 空三成果导出及相互转换流程

航空摄影测量空三加密的目的是恢复测区航摄影像的拍摄位置及姿态，为后续4D产品的生产奠定基础。对于立体测图系统而言，高精度的空三成果是立体测图能否顺利进行的基本保证。因此，立体测图成果是空三加密与立体测图系统间的关键纽带。对于传统航测而言，Patb一直是JX-4、VirtuoZo及MapMatrix摄影测量工作站立体定向的最常规空三成果；随着数字摄影测量的发展，Rep/Gpf及ZI等格式的优势日渐凸显，并被大多数摄影测量软件所应用。因此，空三加密成果的导出及转换，有利于丰富立体测图系统的定向手段，提高立体测图的数据准备效率。

3 试验分析

为了验证所述研究成果的可行性，在贵州某铁路专用线初测项目中进行了试验。该项目使用UCX相机，测区总像片数为351张，共布设30个像控点，地面分辨率为10cm(地表多为茂密植被)。本次试验使用Orima进行空三加密，局部有8张像片存在缺少点的区域(弱区)，完成像控点初次平差后，将空三工程转换至SOCET CET中进行连接点的手工添加，然后再转回Orima进行最终的平差计算。平差结果对比如表1所示。

表1 区域网平差结果对比 m

从平差结果可以看出，利用空三工程转换的方式在SOCET SET中添加连接点，可有效解决Orima在植被茂密区域难以高精度匹配连接点的问题，提高了空三加密的效率和精度。

4 结束语

针对现有几款空三加密软件的特点，通过对各自空三加密流程以及中间过程文件的解析，实现了Orima、SOCET SET及SSK空三工程的相互转换。利用其各自在空三加密某一工序上的优势，通过几款空三软件的优势组合应用，可提高生产效率，解决单一空三加密软件加密难度大的问题。针对不同的测图软件，可以导出适应性最强的空三加密成果格式，从而实现加密成果与测图定向接口间的无缝对接，大幅提高立体测图的定向效率。上述不同空三加密软件工程及成果之间相互转换方法的实现，对铁路工程中提高制图效率和空三成果精度具有现实的意义。

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