鐵路航測中應用Inpho軟件進行空三數據處理技術方法的研究

卓　云

( 中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢　430063)

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鐵路航測中應用Inpho軟件進行空三數據處理技術方法的研究

卓云

( 中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢430063)

Research on Aerial Triangulation Technology Methods with Inpho in Railway Aerial Survey

ZHUO Yun

摘要介紹Inpho軟件中MATCH-AT空三加密模塊的功能及其特點，結合鐵路航測的生產實踐，闡述Inpho軟件空三數據處理的技術方法。基于POS數據輔助，可減少外控點數量，應用Inpho軟件空三加密仍能保持很高的精度。

關鍵詞鐵路航測Inpho空三加密

在鐵路航空攝影測量系統中，空三數據處理是最終數字成圖的重要環節。其空三加密的過程就是根據少量野外控制點的大地坐標以及在像片上所量測外業控制點和內業加密點的像點坐標，經平差計算，得出加密點的大地坐標及其像片的外方位元素，把大量的野外控制測量工作轉移到內業生產，從而縮短航測成圖的周期，提高整體的工作效率。隨著航空攝影技術的發展，尤其是帶有POS系統高分辨率、高精度數字航攝系統的快速發展，高質量且信息豐富的數碼影像數據已廣泛應用于鐵路航測生產。應用Inpho軟件對帶有POS輔助系統的數碼影像進行空三數據處理，使其高精度、高效率及高度自動化的特點在鐵路航測生產中的優勢得以充分體現。

1Inpho軟件空三加密技術特點

Inpho軟件是專業的航空攝影測量與遙感處理系統軟件，可以全面系統地處理航測遙感、激光、雷達等數據。其空三加密模塊為MATCH-AT。主要技術流程及特點如下。

1.1工程設置

包括相機文件設置(焦距、像幅大小、像元大小、主點偏移量及相機畸變差等)、影像導入、GNSS/IMU數據引入、GPS數據導入、測區航帶建立等。需要注意以下幾個問題：①相機文件的參數要嚴格按照相機檢校報告填寫，根據實際情況靈活運用相機設置中坐標系的旋轉可解決復雜地形中航向旋轉、東西航線與南北航線交錯、原始航線與補飛航線重疊等問題。②POS數據是空三數據處理過程中影響精度的關鍵數據，GNSS/IMU的數據引入時應注意與像控點的坐標系統統一。 ③導入影像時需參照像控點成果中高程設置測區平均高程，這對之后的模型匹配起到重要作用。④可依據GNSS/IMU的數據計算出航線，如果生成航帶排列不理想，可增加方位角角度值用于約束航帶間關系。

1.2金字塔影像

數碼影像下完成的內部金字塔中通過RGB的設置生成影像色彩信息，用來解決后期正射影像制作時勻光勻色的問題。

1.3模型連接點的匹配

MATCH-AT模塊的連接點匹配算法是基于特征級和最小二乘匹配相結合的多極影像金字塔匹配算法，其高精度的匹配特征即使在沙漠、森林等紋理比較弱的區域也可以很好地完成匹配工作。在復雜地形中，地形起伏不一，特征地物分布無規則，匹配時可對整體連接點獲取不理想的部分區域建立子區，單獨獲取連接點來解決連接點不準確或連接點不夠的問題。也可刪除原連接點，保留像控點，在POS數據不參與計算的情況下再次獲取連接點。

1.4平差

在放置完像控點及匹配點合理的情況下進行數據平差處理， MATCH-AT模塊采用光束法區域網平差模型進行平差解算，其基本理論是中心投影的共線條件方程式，通過每個像點的坐標觀測值，按照最小二乘準則平差，得出各加密點坐標。為了保證限差滿足精度要求，微調像控點后，可適當調整GNSS/IMU的標準差值，以減少POS信息對平差計算的權重。

2工程實例

以沿海某新建高速鐵路的航測內業inpho軟件空三加密為例。

2.1基本資料

該測段線路走向為南北向，影像數據是東西航向。采用2000國家大地坐標系為平面坐標系，高程系統采用1985國家高程基準，測區的外控資料平面點為國家四等及以上點，高程點為國家四等及以上水準點。影像數據為帶有POS數據的DMC數碼航攝儀影像，焦距f=91.968 6 mm，影像尺寸為14 144×15 552，像元大小為5.6 μm，地面分辨率為0.05 m。測區共7個航帶，105張影像，每個航帶有14個相對。由于像幅小，像對多，外業采用區域網平高布點。像控點布設方案如圖1所示，平高點均勻分布在四周，沿航線方向間隔6條基線布設一個高程控制點。

圖1　像控點布設方案

2.2空三數據處理

在Applications Master 下建立工程，準確設置相機文件參數，導入影像數據、GNSS/IMU數據、GPS數據等。為了模型連接點匹配的準確，在導入影像時設置飛行區域的地面平均高度值。計算航線生成時設置azimuth tolerance為5°，系統準確計算出7條航線及其分布情況。建立內部金字塔影像之后進行連接點的匹配，由于影像本身的色差、地形地物的遮擋變形等，系統匹配連接點會出現點位不理想、不清晰以及錯點的情況，故需先人工確定測區外圍4個像控點的點位，再由系統參照GNSS/IMU數據啟動空中三角測量進行連接點的匹配。利用Inpho軟件影像處理和多影像匹配技術完成模型連接點的點位選擇和航帶間連接點的轉換，匹配單元的大小可根據影像實際情況變化，以保證模型中有足夠的連接點。檢測連接點匹配情況時，需要在區域網的邊緣處適當增加連接點。MATCH-AT模塊工作界面如圖2。

圖2　MATCH-AT工作界面

GPS像控點也可利用迭代的方式進行量測：首先提取連接點，然后手工量測測區外圍的控制點，再次獲取連接點后像控點的位置只需做微調即可。在實際空三加密作業中，遇到錯點或者判斷不清的點，可以有針對地選擇用于平面或者高程控制，以提高整個區域的加密精度。如本測區中像控點Y65023用于高程控制，該測區的平差結果如表1所示。

表1　平差結果　m

2.3成果分析

依據規范，1∶2 000區域網外業布點航線數為2～4條，高程控制點間隔為4～6條基線，而本測區在影像像幅小，基線短的情況下區域網放寬為7航線，高程控制點按7基線布設，基于POS輔助下利用inpho軟件空三加密后得出的像控點殘差能夠滿足規范中1∶2 000精度要求。在空三數據處理過程中，精度關系著數字成圖的質量。本算例中選取3個中間野外控制點作為檢查點，通過外圍像控點做區域網平差計算，其比較后精度對比如表2。

表2　精度檢核　m

通過以上對比可以看出，用inpho進行空三加密的精度能夠滿足鐵路航空攝影測量1∶2 000空三數據處理規范的要求，說明inpho系統下區域網平差具穩定性及均衡性。使用inpho進行空三加密不僅可以大大降低對野外控制點數量上的需求，而且效率也有明顯的提高。

3結束語

數碼影像像幅小、像對基線短，相較光學影像，同一測區的像片數量、像對數增加很多，基于POS輔助應用Inpho軟件對數碼影像數據進行空三加密，具有高精度、高效率、高自動化，能夠實時發現外業中的粗差點并快速有效地完成空三數據處理。

采用inpho空三加密在POS輔助下可以有效減少外業控制點的數量，縮短航測生產周期。而將外業控制點均勻分布在測區中有利于提高測區加密成果的精度。

參考文獻

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中圖分類號：P231.4； P231.5

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2016)01-0031-03

作者簡介：卓云(1982—)，女，2006年畢業于中國地質大學地理信息系統專業，工程師。

收稿日期：2015-12-07