基于ADS80数码影像空三加密流程及精度分析

李海伟 ，姚 喜 ，王翠霞 ，安 洁

（1.济南市勘察测绘研究院，济南 250013；2.山东省水利勘测设计院，济南 250013）

ADS40测量系统在2001年推出，其主要是由瑞士徕卡公司所开发，其扫描和摄影主要是基于线阵CCD。之后瑞士徕卡公司在2008年又推出了ADS80，这款测量系统是在ADS40基础上发展而来，并添加了一系列相关功能，其已经达到了世界先进水平，在国内外都有广泛应用。为了将摄影测量的效果进行有效提高，国内许多相关机构购置这个系统，将其应用在各大领域，如通信、水利、能源、规划、交通、测绘等，这对于行业的基础建设项目具有一定的实际意义。

传统的空三加密还存在很多缺点，不能够满足当下的一些需求，为了得到更好的摄影测量效果，开发先进的测量系统十分必要，而Leica ADS80机载数字航空摄影是当下非常先进的测量系统，执行航摄任务具有成图速度快、精度高、获取产品多的特征。其具有的惯性导航定位系统和全球定位系统都是高精度的，可以实现多角度的精确摄影，且还可将外业控制进行有效减少，很好地解决了高程精度不足问题。执行航摄任务具有成图速度快、精度高、获取产品多等特征。利用Leica Gpro软件平台对ADS80三线阵影像进行空三加密，相比传统的框幅式影像的空三加密，需要的控制点少，且高程精度较高，大大减少了外业工作量，降低生产成本，缩短生产周期。

由于ADS80数据具备的各项优势，在南四湖下级湖抬高蓄水位影响处理工程项目中的1∶2000比例尺地形图测绘，主要采用ADS80数据。

1 工程概况

南水北调工程中输水、蓄水主要使用南四湖的下级湖，其对应的蓄水量也会发生较大变化，一定程度上对湖区生态环境造成了影响。一般来说，水位越高的话，其对应的渔湖业发展、水资源利用情况也会越好，具有一定的经济效益。项目确定3条水位线，高程分别是32.3，32.8，33.3m，因此对高程精度和影像的现势性等要求较高。

本项目选择使用ADS80推扫式数字航摄仪，其主要是利用了三线阵扫描原理，并进行多角度的摄影，能够同时获得具有前视、下视、后视、100%三度重叠度、连续无缝的高精度立体影像。基准面GSD为15cm。

微山湖空三加密区总航线有34条，测区共布设26个像控点，根据每次架次航摄位置不同及航线长短不同，整个加密区分成2个空三加密小区，逐个进行平差计算，具体分区如图1。

图1 分区示意图

图中微山湖01-14航线为加密1区（project_wsh），微山湖15-34航线为加密2区（project_wsh2p）。

2 ADS80数码影像空中三角测量

对ADS80数据进行独立处理的空三加密软件很少，这与采集的数据非常复杂有关。而徕卡公司为了快速有效地进行相关分析，推出了Leica Gpro软件平台，专门分析处理ADS数据，具有一系列方便实用的功能。使用该软件，可快速生成正射影像或立体图像。为此，该项目内业处理设备及软件引进了Leica公司摄影测量系统，主要包括ADS数据后处理系统Gpro、POS数据处理系统IPAS、全数字摄影测量工作站LPS、自动空中三角测量ORIMA和遥感影像处理软件ERDAS。其中，作为一种自动空三加密软件，其具有基本不受数据量限制、操作简单、自动、高效等优点。

Leica摄影测量系统的各软件模块主要功能为：Gpro软件主要是用来对ADS80采集数据的前期处理，影像纠正、创建工程、数据下载等都可由其完成，并进行初级加密。I GPS/IMU数据进行一系列相关处理主要是利用PAS软件来进行，并获得相应的得到姿态和位置数据信息，之后在将其进行融合，从而得到定姿数据。联合平差计算区域网主要使用Orima来进行相关分析。

2.1 数据准备

空三加密前需要准备原始数据：

（1）LO级影像数据文件，TIF格式。

（2）影像参数文件（.ads）文件。

（3）飞行GPS-IMU数据。

（4）相机参数文件（cam）。

2.2 空三加密流程

ADS80空三加密采用Leica公司摄影测量系统，主要包括ADS数据后处理系统Gpro、POS数据处理系统IPAS、全数字摄影测量工作站LPS、自动空中三角测量ORIMA和遥感影像处理软件ERDAS。首先需要对原始数据进行预处理，得到L0级影像，在建立测区后进行区域内连接点匹配，完成区域网平差计算。加入像控点及检查点后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。

ADS80数据的空三加密基本流程主要包括Orima平差解算、同名点匹配、影像预处理、GPS/IMU数据解算等，下面将对其进行简单介绍，如图2。

图2 加密流程

2.2.1 POS（GPS/IMU）数据解算

GPS数据解算对本次分析至关重要，一般来说，在有地面基站的情况下，将会更多选择WayPoint软件，而在没有地面基站的情况下，将会更多选择IPAS PPP软件，计算将会使用后向和前向，并对比两者的计算结果，一定要保证两者误差在一定误差范围内。融合GPS和IMU数据常用软件为IPASPRO，其不仅可进行轨迹光滑，还可将其一系列相关数据进行有效解算，并得到相应的最优轨迹文件，导航信息一般会按照时间顺序进行记录，还会相应地产生一系列相关文件，这对其将相关误差进行有效反映至关重要，主要包括速度中误差、姿态中误差和位置中误差等。

2.2.2 影像数据预处理

对采集的相关数据进行相关检查，检查通过后，解压相关坐标信息，并建立对应坐标关系，可以根据机载GPS/IMU进行关联影像曝光和观测时间，使相关数据带有坐标信息，得到相应初始定向文件EOP，进而得到金字塔影像和L0级影像，即可用于添加人工点和平差。

2.2.3 APM自动点量测

实际地理定位信息和L0级影像文件会有误差，为了有效减小误差，在相关技术基础上，实现自动同名点匹配，使用空中三角进行测量，达到重定向各条航带的目的。自动点量测可将APMADS80数据进行有效匹配，其主要是根据多视角、多光束、多片的自动点来进行，可得到较佳的影像匹配。

2.2.4 ORIMA平差解算

平差解算是较关键的一环，主要使用Orima进行，在平差前设定相关参数，主要包括粗差剔除选项、权中误差值、迭代次数等。

2.2.5 输出成果

在进行系列的操作后，输出最终加密成果，主要为一系列不同信息文件，如高程异常修正值文件、七参数文件、相机文件、影像的初始定向文件等。

无约束平差空中三角测量数据处理的技术要求：

（1）ORIMA空三Sigma值小于2。

（2）X，Y，Z，O，P，K的权在0.8～1.2之间。

（3）Antenna Centers RMS：X，Y，Z值小于0.2。

（4）IMUAngles RMS：X，Y，Z值小于0.05。

3 精度评定及分析

3.1 主要精度要求

相关参数对应的精度要求，具体参考如表1，空三报告统计如表2。

表1 精度要求

表2 空三报告统计

3.2 精度影响因素

3.2.1 GPS/IMU数据精度

从ADS80数字航空摄影的特点来看，空三加密过程不依赖于地面控制点，而根据空三解算相关数据，影像数据在被ADS80相机获取时，也相应被记录到MM40系统中。一般来说，影像采样频率较高，而GPS接收机对应的采样频率明显更小，虽然获得的位置参数十分精确，但其对应的可靠性较差，尤其是在高动态环境中。在较短的时间内具有较高的精度是IMU数据的一大特征，如果时间在慢慢延长变化，其对应的误差也会相应变大，这时就需要利用相关工具进行矫正，及时矫正对于有效控制误差来说至关重要。此外，还需要将周跳、信号失锁等问题进行有效解决，一般发生在动态环境中，可以利用传感器传回来的相关姿态和位置信息进行处理。GPS/IMU的精度情况对于ADS80系统的性能情况起着十分关键的作用。

3.2.2 坐标系统

WGS84坐标系是ADS80主要的参考坐标系，其中高程坐标系和平面坐标系都是使用该坐标系，这与WGS－84椭球具有较高精度和一定的可靠性是分不开的。在进行相关数据分析时，如果涉及到坐标变化范围的数据时，需要将其进行相关转化，这对高程精度至关重要。

3.2.3 基高比影响精度分析

基高比是影响高程精度量测的重要因素。人员立体观测一般会受基高较大影响，所以高程量测精度可能存在较大误差。一般来说，基高比越大，立体夸大现象越明显，可以得到更准确的立体采集。ADS80航摄系统相比市场上其他系统要高出很多，0.76为其对应的最大基高比，为绘制高程精度图提供了保障。

4 结语

ADS80机载数字航空摄影是目前非常先进的测量系统，其优势特点具体如下：

（1）ADS80进行摄影使用的是三线阵方式，可获得较高质量的立体影像，且可实现多个角度摄影，相互补充盲点，对可能被遮挡的位置进行有效采集。

（2）ADS80具有高精度的惯性导航定位系统和全球定位系统，可实现多角度精确摄影，有效减少外业控制，很好地解决高程精度不足的问题，具有更高的整体成图精度。

（3）完整影像采用单一镜头就可获取，其需要的控制点少，且高程精度较高，大大减少了外业工作量，降低生产成本，缩短生产周期。

（4）通过南四湖项目，本文主要选择Leica ADS80进行相关研究探讨，其机载数字航空摄影是目前非常先进的测量系统，执行航摄任务具有成图速度快、成图精度高、获取产品多的特征，可实现多角度的精确摄影。本次设计结果显示，空三精度符合1∶2000比例尺精度要求，且其对应的控制点明显减少，可实现较好的作业要求，将外业工作量进行有效减轻，大大提高了生产效率和地形图更新速度，具有广泛的应用前景。