基于Xpro系統的ADS影像航測制圖流程探討

劉竹均 王 義

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610083)

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基于Xpro系統的ADS影像航測制圖流程探討

劉竹均 王 義

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610083)

結合某鐵路ADS攝影1∶2 000航測制圖項目，系統總結ADS影像基于Leica Xpro系統從GPS/IMU數據計算到空三加密和立體測圖的全套流程及相關技術要點。

Leica Xpro ADS80 空三加密 立體測圖

2008年7月，瑞士徠卡公司在第21屆ISPRS大會上推出了基于線陣CCD掃描機載數字航空攝影測量系統Leica ADS80。ADS80采用高精度POS系統，集成了全球衛星定位系統(GPS)和高精度的慣性導航定位系統(IMU)，能夠有效保證獲取到每條影像較為精確的外方位元素，減少外控作業，提升空三精度。另外，該系統采用三線陣CCD掃描和專業的單一大孔徑鏡頭，一次飛行就可同時獲取具有完整三度重疊，連續無縫且具有相同影像分辨率的前、下、后視長條帶全色和多光譜立體影像，能一定程度上減少立體測圖的模型拼接和定向環節，提升測圖精度和效率。基于上述特點，ADS80影像數據對于條帶狀鐵路的航測制圖具有良好的應用前景。

ADS80影像數據隨處理流程推進共分L0、L1、L2三級影像，傳感器直接獲取得到的L0級影像存在較大影像畸變，且ADS80影像數據屬于多線陣推掃式成像模型，與傳統單中心成像模型的框幅式影像在成像原理上有本質的區別，傳統的空三處理軟件無法直接解析處理。就此，徠卡公司推出Xpro軟件，并嵌入了現時主流的Orima平差模塊，提供了從傳感器影像下載到影像定向輸出的一體化數據處理解決方案，能夠有效提升ADS影像數據的生產處理效率。

利用某鐵路ADS80影像數據，探索基于Leica Xpro軟件的ADS80影像數據處理流程，總結相關技術要點和作業經驗，為鐵路航測內業制圖工作提供高精度、高效率的解決方案。

1 ADS80影像處理和測圖流程

ADS80的影像處理和測圖流程如圖1。

圖1 ADS80影像處理和測圖流程

1.1 影像數據下載和預處理

數據下載是指從數據存儲器中拷貝和提取包含gps-imu實時軌線文件(trajectory)、影像數據、數據支持文件等從航飛系統中獲取得到的ADS相關數據，并使用IPAS軟件下載精密星歷，解算ADS航帶外方位元素。然后通過Xpro系統的數據預處理模塊，將相關地理數據和影像建立起對應的地理坐標關系和關聯信息，匹配像點地理信息坐標，建立影像金字塔，為后面的空三加密提供數據準備支持。另外，在數據預處理模塊中，還可直接輸出快速L2級正射影像。

1.2 空三加密流程

利用IPAS軟件解算的ADS航帶外方位元素可以對航帶數據進行初步定向，但為保證鐵路航測1∶2000測圖精度，還需通過空三加密流程進一步匹配ADS航帶三視影像間、航帶與航帶之間的連接點以及加密地面控制點，從而進行更加精準的相對和絕對定向；同時糾正IMU的匹配偏差，修正基準面的偏移。ADS80的空三處理可使用XPRO軟件的空三準備和處理模塊完成，共包括以下五個流程。

(1)創建工程

在Xpro系統中的“空三準備”模塊創建空三工程(Block)，創建的過程共計以下三道工序：①整合工程所包含的全部條帶數據，條帶數據存儲在航帶測區文件夾中的*.stp文件；②設置工程坐標參數，用戶可自定義所需的地理或投影坐標系，另外還可在系統中添加測區內的軌線*.sol文件，自動計算投影帶信息；③引入地面控制點數據。

(2)APM自動同名點匹配

調用空三模塊下的APM程序自動匹配ADS航帶連接點，連接點的提取是基于ADS L0級影像及其對應的*.sup數據支持文件。APM程序提供三種自動連接點提取模式：INLINE_ONLY，TRANSFER_ONLY和FULL模式，分別對應航帶內三視重疊影像的連接點提取、航帶間的連接點提取、航帶內與航帶間連接點提取。為增強條帶間多視影像的連接，本測區采用FULL模式提取自動同名點。另外，加密人員還可根據地形起伏的程度，調整匹配起始像素、匹配間隔、搜索窗口等同名點匹配策略。

(3)控制點量測

在創建工程的流程中已經將野外控制點坐標數據導入空三工程，而在空三處理模塊中，加密人員需要參考航測外業刺點成果示意圖，加密準確的控制點點位。加密人員可以選擇手工量測模式，也可以選擇“cross-correlation”模式自動匹配同名點。另外，還可根據需要在控制點量測窗口對影像的對比度進行調節。

(4)區域網平差

程序自動提取的相對定向連接點以及人工加密的野外地面控制點通過創建“項目方案(Scenario)”得以保存。項目方案是指向某一特定空三工程的一組條帶數據(包括空三工程數據、影像數據、條帶信息和軌線文件等)以及空三加密的相關參數設定(包括地面控制點位、連接點位和檢查點位等)；空三加密過程中的平差解算就是在項目方案中執行的。

因此，在自動連接點、地面控制點提取和量測完成后，需要建立項目方案，保存定向點點位；同時通過觸發空三模塊嵌入的ORIMA光束法平差模塊，在迭代的過程中自動比對地面點精度，剔除粗差連接點，調整控制點準確位置，提高ADS條帶影像的定向精度。平差結果的評定主要表現在以下幾個方面：①單位權中誤差sigma值穩定且保持在1.0～3.0 μm之間時；②GPS、IMU的方差分量保持在0.8～1.2之間，在調整方差分量時，需勾選automatically adjust variance component允許系統，在平差過程中自動調整方差分量，調整結果如圖2所示；③在加密1∶2 000測圖影像時，地面控制點x、y、z的殘差調至1 m以下。本項目測區控制點水平和高程精度都在1 m以下，滿足鐵路工程攝影測量規范1∶2 000地形圖的成圖要求，統計結果如圖3所示。

圖2 單位權中誤差與GPSIMU方差分量調整結果

圖3 測區控制點精度統計

(5)結果改進與保存

如果由于連接點過少而引起條帶連接效果不好，可在“基本參數”標簽欄下勾選“Densify points if needed”(如圖4所示)，以增加自動同名點的匹配；或是人工增加連接點增強連接和定向精度。調整完成后，點擊“write to block”，將項目方案中的平差定向結果保存到空三工程中。

圖4 加密連接點匹配

1.3 L1級影像輸出和處理

ADS的L1級空三加密影像在Xpro系統中的“產品生成”模塊中進行輸出。在加載完空三工程后，設置影像的輸出參數，然后執行輸出。參數的內容包括影像的類型(該模塊中可以輸出多個光譜通道的L1級和L2級影像)、輻射糾正方法、圖片參數、投影信息、輸出范圍和存儲路徑。輸出的產品包括：影像*.tif文件，數據支持文件*.sup，航線信息和影像索引文件*.ads，姿態及定向文件*.odf和平差定向文件*.odf.adj。此時，長條帶的ADS影像被自動裁剪為多個小塊，每個條帶的裁剪影像索引儲存在*.ads文件中，并由*.ads文件鏈接到條帶支持文件*.sup中。另外，輸出的影像還需要在Photoshop中進行對比度和色調的調整，以更好的適應測圖。

1.4 JX4模型定向和測圖

JX4測圖軟件內嵌“ADS”模塊，可對ADS影像數據進行定向和矢量測圖。在定向之前，首先需要組織文件結構，以便系統正確讀取相應文件：建立與空三加密工程名稱相同的工程文件夾，影像、索引和定向文件放置在影像子文件夾下，*.sup支持文件直接放在同級目錄下；測區相機文件放置在系統安裝目錄的ADS文件夾下。文件組織結構建立完成后，更改*.sup文件中*.ads索引文件路徑，使得系統能索引到相應的影像路徑，從而進行立體像對絕對定向。

為避免出現由于影像過大造成的JX4卡頓、影像加載不流暢的現象，還可在JX4中進一步裁切影像。裁切的方式是對影像進行橫向裁切，裁切文件如圖5所示。

圖5 JX4測圖ADS影像裁切文件

2 Xpro數據處理的經驗探討

2.1 坐標系轉換問題

Xpro空三工程坐標系的建立是基于ADS80數據gps-imu實時軌線文件的參考坐標系，而鐵路一般呈條帶狀分布，鐵路航測制圖一般要求選用工程獨立坐標系進行分段分帶投影，會造成空三工程坐標系與成圖坐標系不一致的情況。例如本鐵路項目軌線文件的參考坐標系是建立在UTM投影坐標系的基礎上，而成圖要求是基于CGCS2000坐標系分段投影。為簡化流程，本項目采用的方案是在空三加密和測圖流程均使用UTM投影坐標系，成圖后再進行坐標轉換，整個流程共涉及到三個坐標系要點：

(1)在空三準備階段，引入的地面控制點坐標首先要轉換為UTM投影坐標，使其與空三工程坐標系保持一致。

(2)JX4測圖定向時也要使用UTM投影坐標，具體的操作方法是更改JX4安裝目錄下JX4G.ini文件中的投影方法，并在定向參數窗口設置投影帶號和中央經線。

(3)最后將測圖成果進行坐標轉換和換帶處理，以滿足鐵路航測成圖要求。

2.2 控制點布設與內業加密

在Xpro系統控制點量測過程中無法進行立體量測，因此地面控制點的布設與傳統航測制圖也有一些區別。首先，在布設地面控制點時，應著重考慮在條帶間以及同一條帶三視影像間的點位控制；根據本項目1∶2 000鐵路航測制圖布點經驗，可采用類似傳統的五點法布點方式，即在沿鐵路線位兩側各10 km外控范圍內，每兩個ADS條帶間各布設一對控制點，并沿線位走向每5 km加設一個控制點。其次，地面控制點的選刺應盡量選擇貼近地面的特征點，例如田角、路角等，而諸如房頂角、圍墻頂角等距離地面較高處的特征點，內業加密可能無法準確判識而導致高程誤差，影響控制點和加密精度。

3 結論

結合某鐵路ADS攝影1∶2 000航測制圖項目，系統總結了ADS影像基于Leica Xpro系統從GPS/IMU數據解算到空三加密和立體測圖的全套制圖流程以及相關技術要點；制圖成果與交叉鐵路線老圖接邊，滿足鐵路工程攝影測量規范要求。ADS影像對于鐵路航測制圖具有以下優勢：(1)ADS系統集成了GPS和IMU，具有高精度POS系統，增強了測區內條帶拼接，提升了模型間的內符合精度；(2)長條帶影像較傳統膠片和數碼片，立體模型數量減少，從而降低了測圖定向的次數以及模型間的接邊差；(3)較傳統航測，ADS影像的控制點布設有所減少，可一定程度上降低外業工作量，節約時間和費用成本。因此，ADS影像在鐵路航測制圖工作中有較好的適用性和應用前景。

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Discussions on the ADS Image Mapping Process Based on XPro

LIU Zhujun WANG Yi

2016-08-18

劉竹均(1990—)，女，2014年畢業于英國倫敦大學學院地理信息技術專業，理學碩士，助理工程師。

1672-7479(2016)06-0013-04

P231

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