探析ADS80航攝儀空中三角測量數(shù)據(jù)處理方法

■潘峰

（遼寧省沈陽市地理信息院 遼寧沈陽 110034）

探析ADS80航攝儀空中三角測量數(shù)據(jù)處理方法

■潘峰

（遼寧省沈陽市地理信息院 遼寧沈陽 110034）

ADS80采用CCD推掃方式、全球GPS定位系統(tǒng)以及高精密IMU慣性導航系統(tǒng)來獲取數(shù)字影像，是新航空攝影時代的一種多功能數(shù)字航攝儀。它是基于Xpro討論線陣影像空中三角測量數(shù)據(jù)來處理IMU/GPS觀測值權(quán)值設(shè)置和坐標轉(zhuǎn)換等問題的高科技設(shè)備。

ADS80航攝儀空中三角測量精度數(shù)據(jù)處理方法

ADS80航攝儀負責航空攝影測量，是由德國徠卡公司所設(shè)計研發(fā)的一套技術(shù)較為先進的推掃式線陣數(shù)碼航空攝影攝像測量系統(tǒng)。它不但集成了高精度的IMU慣性測量單元，還配備了比較常見的GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它們共同確保了對航攝過程中相機推掃線陣的精確定位，也保證了航攝影像的高清化。

1 ADS80航空攝影測量系統(tǒng)

ADS80系統(tǒng)的主要構(gòu)造就是頂部傳感器、大容量存儲器、控制系統(tǒng)、操作導航系統(tǒng)、陀螺穩(wěn)定平臺及數(shù)字光學鏡頭。這些元件所共同遵循的設(shè)計理念就是SPOT衛(wèi)星推掃方式，其主要的分辨率線列陣CCD元件就是高分辨率的探測器件。ADS的核心元件是鏡頭，它的鏡頭采用了中心垂直的投影設(shè)計，使影像能夠通過線性中心進行投影，從而形成針對地面全色波段陣列構(gòu)成F02、F27、B14三點成像的主要格局。再通過IMU與GPS的定位輔助，ADS80就可以減輕對地面控制的負擔，更加高速快捷的獲取數(shù)據(jù)并予以處理，保證所獲取數(shù)據(jù)的高質(zhì)量[1]。

2 ADS80空中三角測量

ADS80在空中的三角測量要借助機載GPS與IMU的雙重輔助。它的主要理念就是通過GPS定位技術(shù)接收ADS80的位置參數(shù)，再應(yīng)用IMU來測定航攝儀的姿態(tài)參數(shù)。所以這種GPS與IMU的聯(lián)合數(shù)據(jù)處理技術(shù)能夠幫助ADS80獲取更多應(yīng)用于測圖工作的高精度航空攝影數(shù)據(jù)，加強了空中三角測量的精度與效率。

3 Xpro空中三角測量精度分析

3.1 多項指標平差精度評定分析

ADS80在完成空中三角測量后要進行多項指標平差精度的評定分析。

3.1.1 單位權(quán)中誤差

單位權(quán)中誤差即Sigama0的誤差，它是一個較為關(guān)鍵的空中三角測量平差指標，能夠反映空三測量的整體精度，十分重要。ADS80在拍攝時它的值間范圍應(yīng)該在1/2~1/3像素間，如果想查看它的誤差系數(shù)，可以在Xpro界面的Statistics選項中查詢。

3.1.2 測區(qū)殘差

測區(qū)殘差是以GSD為單位的。它的具體表現(xiàn)是在Xpro窗口下會顯示出不同的顏色以表示殘差的分布情況，主要顏色從綠、黃到紅，殘差逐漸增大。根據(jù)測區(qū)殘差就可以查看了解每一片區(qū)域的殘差值。

3.1.3 IMU/GPS漂移誤差

因為ADS80系統(tǒng)中的POS設(shè)置會跟隨時間的變化而產(chǎn)生不同程度的系統(tǒng)漂移誤差，所以在Xpro環(huán)節(jié)也有相應(yīng)的統(tǒng)計，同樣可以在Statistics選項中的Additional Parameters一項查看漂移量與權(quán)量的變化。

3.2 ADS80空中三角測量精度試驗

用ADS80進行空三測量試驗就是為了避免外業(yè)控制點的數(shù)量，從而在少控制點甚至無控制點的狀態(tài)下達到航攝儀的高精度測量。本文選擇一個測試區(qū)進行實驗。該區(qū)域為線性區(qū)域，擁有20條航線，地面采樣率在0.150m，它的成圖比例是1：2000。在地面布置GPS基站進行觀測，并且設(shè)置了加密區(qū)來量測20個外業(yè)平高控制點、

通過Xpro進行空中三角測量處理，從輸出的平差值的外業(yè)點坐標與實際測量坐標進行比較，就可以推算出檢查點的平面誤差與高程誤差。另外，也要考慮單位權(quán)中誤差以及IMU/GPS的漂移誤差，這些都是能夠保證ADS80測量精度的根本。

對測量區(qū)域采取控制點的各種設(shè)置方式測量，例如將所有外業(yè)點都作為檢查點的無控制點設(shè)置；1個控制點在測區(qū)中心的設(shè)置；3個控制點與2個端點在測區(qū)中心的設(shè)置；5個控制點在測區(qū)中心與四角的設(shè)置，甚至所有點都是控制點的設(shè)置。從對控制點分布的各種試驗中我們得出這樣的結(jié)論：首先無論測區(qū)中控制點的數(shù)量多少或者怎樣分布，它們對Sigma0的影響都不大；其次，少量的控制點就能夠達到作業(yè)精度的初始要求，這樣就可以最大程度的減少外業(yè)工作強度。最后，ADS80在不同形狀與條件的測區(qū)所獲得GPS/IMU數(shù)據(jù)精度是相近的，也就是說，兩個輔助設(shè)置所得出的解算數(shù)據(jù)和測區(qū)內(nèi)控制點的數(shù)量及分布位置沒有關(guān)系[2]。

4 數(shù)據(jù)處理方法

ADS80空中三角測量數(shù)據(jù)的處理方法主要采用了系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法，它包括了平面坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換和高程坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。首先是平面坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，它所選擇的是三維七參數(shù)法，這主要是為了迎合ADS80數(shù)字航攝儀在測量時需要獲取GPS所提供的三維攝站坐標，然后將其轉(zhuǎn)換為實際需要中的地方平面坐標系。三維七參數(shù)的坐標獲取方式一般有兩種，一種是利用統(tǒng)一的歷元與坐標框架，一次性的獲取區(qū)域內(nèi)固定七參數(shù)，這一方法能夠在較大范圍區(qū)域內(nèi)應(yīng)用；另一種就是航攝時已知基點站的位置與數(shù)據(jù)成果來解算區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，也就是“點校正”。這種方法比較精細，在小面積區(qū)域內(nèi)更為實用。一般ADS80會選擇第一種大面積區(qū)域的三維七參數(shù)獲取方法，這也符合航攝標準。

高程坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的主要理念就是利用測量區(qū)域內(nèi)的高精度似大地水準面精化模型成果來修正GPS大地高高程異常，進而獲取任意一點的合理高值。比如在長沙市，某測量區(qū)域內(nèi)的似大地水準面精化工程的建立完全覆蓋了全市區(qū)內(nèi)的高分辨率、高精度似大地水準面數(shù)值模型，它的內(nèi)符合精度標準在±0.8cm，而GPS的水準外部檢驗精度則有±0.9cm[3]。

5 總結(jié)

整體來看，ADS80能夠獲取更優(yōu)于像素大小的加密精度，但也取決于航攝空三測量的精度、GPS解算的質(zhì)量、地形條件、控制點的數(shù)量與分布、誤差的控制以及拍攝的質(zhì)量等等。所以在空三測量之前一定要確立好規(guī)劃，做好所有的數(shù)據(jù)處理工作，嚴格要求質(zhì)量檢查，確保測量結(jié)果的精確。

[1]高立.ADS 80航空攝影測量系統(tǒng)的特點與應(yīng)用 [J].測繪與空間地理信息,2011,34 (6):212-214.

[2]李力.ADS80航攝儀空中三角測量數(shù)據(jù)處理方法的研究 [J].測繪標準化,2013,(12): 120-130.

[3]喬煒,吳克友,朱傳勇等.IMU/GPS輔助ADS80數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)的技術(shù)研究[J].地理空間信息,2013,(3):106-108.

P2[文獻碼]B

1000-405X（2015）-10-256-1