ADS40數字航攝儀在鐵路航測中的生產試驗

劉艷芳

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

ADS40(Airborne Digital Sensor)數字航攝儀是三線陣推掃成像,能同時提供三個全色與一個多光譜波段數字影像,其全色波段的前視、下視和后視影像構成三對立體以供內業觀測。ADS40航測儀上集成了GPS和慣性測量裝置,為每條掃描線產生較準確的外方位初值,因而可在少量地面控制的情況下完成對地面目標的三維定位,從而大量減少攝影測量外業控制工作量,縮短生產周期,提高作業效率。ADS40三線陣推掃式攝影與框幅式攝影在原理上有很大不同,其生產流程及技術要求也將有所改變,這給鐵路航測生產帶來許多新問題。本文著重闡述了ADS40應用在既有鐵路航測中的試驗情況,說明了各主要工序的精度指標。

1 試驗區

試驗區位于北京市北部地區。攝區自昌平火車站起,經官高、平義至懷柔北范各莊附近。攝區內線路呈東西走向,北側地行為山地,南側為平地。攝區長約50km,寬為2.3km,高程最高約230m,最低約45m。平面坐標系統采用三度帶1954年北京坐標系,高程系統采用1985國家高程系統,投影面大地高為0m。

2 航帶設計

本次航攝要求地面分辨率為0.2m,根據攝區地形情況,攝區設計了單航帶6個測段,與常規攝影測量8個測段相比減少了2個。航帶設計如圖1所示,其中黑色為RC30航飛的航帶示意圖;虛線為ADS40航飛的航帶示意圖。

3 地面GPS基站布設與測量

在進行航空攝影時,進行了GPS基準站布設和測量工作。在昌平、東崔、懷柔布設了三個地面GPS基站。地面GPS基站網采用鐵路B級GPS控制網觀測精度,以邊聯式大地四邊形構建,并聯測測區附近的兩個國家三角點,以作為平面和高程起算數據。

圖1 ADS40和RC30航飛的航帶示意

GPS基站解算時,引入兩個國家三角點的坐標和高程資料,采用兩步法進行約束平差,計算得出地面GPS基站點的坐標和高程成果。為得到地面GPS基站網點在WGS84坐標系統下的準確坐標,又引入測區附近北京市 GPS基站網5個網點的觀測數據和WGS84坐標進行了三維約束平差。統計平面平差精度最大0.0692m,最小0.0095m;統計高程平差精度最大0.2350m,最小0.0005m。

4 基于GPro的數據處理

ADS40原始的數據包括影像數據、POS數據和元數據,都存于ADS40的大容量機載存儲器MM40中。工作站與MM40連接后,利用GPro軟件下載影像數據并解壓,下載IMU數據并進行解算處理,建立工程后建立L0級影像。

5 像控點布設和測量

為了控制和檢查ADS40航測精度,在每測段三度影像重疊區域的兩端,各布設了1～2個像控點,測段間像控點盡量選在兩測段立體影像重疊區域內,可以公用。但由于本次航攝時兩測段間三度影像重疊區域很小,就在各測段連接處分別布點,6測段共布設24個像控點。

像控選點時,先進行內業選點,在Photoshop中粗略圈定刺點范圍,并打印L1級影像和像控點小片供外業選刺;外業在刺點范圍內選清晰、易判釋的地物進行選刺,并進行聯測。

像控點聯測時,是以D級首級平面控制網GPS點為參考站,采用星形網或三角形網聯測,距離參考站不超過10km,按E級GPS網精度進行觀測。

為檢核成圖質量,在試驗區測量了116個散列點。作業方式采用GPS快速靜態測量模式,在控制網點上架設基站,散列點與基站構成星形網。

6 空三加密

為了驗證可以用少量像控點進行航測生產,在利用ORIMA軟件進行空三加密時,分別采用24個、6個和4個像控點參與約束平差。24個像控點是6個測段三度重疊區域兩端各2個點;6個像控點是試驗區兩端各選2個,中間選2個;4個像控點是試驗區兩端各選2個。加密精度統計情況如表1。從表1中可看出,4個像控點完全滿足大比例尺地形圖的測圖精度。

表1 ADS40加密精度統計 m

7 散列點精度檢查

沿線路野外實測高程檢查點93個,平面檢查點89個,內業用LPS測量后進行比較,最大誤差x:0.608 m,y:0.663m,z:-0.985m,xy中誤差為0.27m,高程中誤差:0.263,其精度均滿足繪制大比例尺地形圖的精度要求。

8 結束語

通過本次試驗精度指標可以看出,用4個像控點進行空三加密,滿足大比例尺作圖精度要求,可大大減少像控點測量工作,但航飛時增加了布設地面GPS基站的測量工作。

ADS40三線陣推掃攝影的攝影原理與框幅式有很大不同,又由于其影像數據量大,數據處理系統需具備海量數據實時漫游能力,這對硬件和軟件都有更高的要求。但另一方面,ADS40在一測段內為連續影像,不存在影像拼接,后期數字產品制作特別是影像圖制作可以大大減少接邊工作。

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