Orima、SOCETSET及SSK空三加密工程與成果轉換方法研究

張 麗 鄧繼偉

(中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251)

航空攝影測量技術包括航空攝影、地面控制、空三加密、內業測圖等幾個階段[1]，其中，空中三角測量是攝影測量技術的關鍵步驟。它利用少量地面控制點將整個區域網連接成一個整體，通過區域網平差計算一個測區中所有影像的外方位元素和所有加密點的地面坐標，用于模型定向以及后續4D產品的生產[2-3]。

常用的解析空中三角測量軟件主要有SOCETSET、Orima和SSK。SOCETSET是LH公司HELAVA全數字攝影測量工作站采用的最小二乘光束法平差軟件，可對多種資源影像進行三角測量。Orima加密軟件是一個區域空中三角測量分析軟件系統，能夠處理大量的影像坐標、地面控制點和GPS坐標，實現以生產為核心的框幅式和推掃式(徠卡ADS系列)影像的空中三角測量，可以處理air borne GPS和Intertial Measurement Unit姿態數據，包括GPS偏移和IMU誤差參數。SSK是Intergraph公司研發的全數字攝影測量系統，其中ISAT(ImageStation)自動空三模塊能自動進行連接點生成和空三計算。采用ISAT進行影像匹配時，可利用其內置的光束法軟件自動生成多重疊的連接點，可以利用圖形選擇像片、模型、測區，項目大小不受限制，支持GPS、慣導處理、相機檢校、自檢校參數自動設置及分析、空三結果的圖形分析等。ISAT支持內定向、連接點自動提取、空三計算及分析的全部流程。

上述三類軟件在空三加密上各有優劣。SOCETSET軟件優點在于點的量測上更為人性化，適合樹木茂密、地形復雜地區連接點的匹配。在POS系統輔助的空三加密中，Orima在目標點自動匹配和粗差自動探測和剔除方面優勢明顯，但是在匹配弱區加點時比較繁瑣。而SSK則在匹配弱區點的添加和平差解算方面更為方便。生產實踐中，需要在不同軟件間進行格式轉化，給地形圖生產帶來了較大的麻煩。因此，對Orima、SOCETSET及SSK空三加密工程及成果轉換方法進行深入研究，對航測生產項目具有很強的實用性和必要性。

1 Orima、SOCETSET及SSK空三加密工程轉換

針對三款空三軟件各自的工程文件以及中間過程文件進行詳細研究和分析，可實現Orima、SOCETSET及SSK相互之間的半自動轉換。無POS輔助空三加密時，盡量選用SOCET SET5.3進行空三加密；有POS輔助空三加密時，優先選用LPS+Orima或者SSK空三加密軟件進行作業。

對于無POS輔助空三加密項目的重新加密，可以將舊工程轉換至LPS+Orima或者SSK空三加密項目，將舊項目的EO數據作為初始POS數據使用，利用POS輔助空三加密模塊實現高效的空三作業。對有POS輔助的空三加密項目，在項目任務緊急時，可以選用LPS+Orima和SSK兩款空三加密軟件同時進行，加密過程中，通過二者的相互轉換，由LPS+Orima進行粗差自動探測和剔除，由SSK進行像控點量測和弱區域點的添加。

Orima、SOCETSET及SSK空三加密工程轉換流程如圖1所示。

圖1 Orima、SOCETSET及SSK空三加密轉換流程

1.1 空三加密工程文件

(1)Orima文件格式介紹[4-5，12]

相機文件(*.cam)：主要信息為相機焦距、像主點偏移，像片的四個光學框標像點坐標。

建立Orima空三工程所需的外方位元素文件：主要包括*.dat，*.gps，*.imu三個對應文件，其中*.dat包含數據為“影像號XYZOmega Phi Kappa”，*.gps包含數據為“影像號XYZ”，*.imu包含數據為“影像號 Omega Phi Kappa”。

像點坐標文件：每張參與空三加密的影像對應一個*.ipf文件。

物方點坐標文件：每個像點前方交會所得的物方坐標記錄在ground.dat文件中。

控制點、檢查點、連接點權重設置文件：adjobj.0文件。

所有影像對應的像點坐標文件：images.mea文件。

(2)SOCET SET文件格式介紹[6]

相機文件(*.cam)：主要信息為相機焦距、像主點偏移、像片的四個光學框標像點坐標。

測區航帶信息文件：*.atf文件。

像片工程信息文件(*.sup文件)：記錄該像片對應的內方位元素、外方位元素信息，影像及金字塔影像路徑信息等。

像點坐標文件：每張參與空三加密的影像對應一個*.ipf文件。

物方坐標文件(*.gpf)：記錄影像區域網平差后前方交會得到的所有物方點坐標。

內定向結果文件：*.iop文件。

空三加密平差結果文件(*.rep)：記錄影像區域網平差前后的內外方位元素及殘差、像點殘差、前方交會得到的物方點坐標及殘差。

(3)SSK文件格式介紹

相機文件(camera)：主要信息為相機焦距、像主點偏移。

空三工程文件(project)：記錄測區信息，航帶信息等。

像點坐標文件(photo)：記錄空三工程中所有的像點坐標。

物方點坐標文件(control)：記錄空三工程中所有像點坐標前方交會所得到的物方點坐標。

空三工程模型文件(model)：記錄空三工程中所有像對模型信息。

1.2 Orima、SOCET SET及SKK空三工程轉換流程

(1)Orima與SOCET SET空三工程轉換

利用測區原始數據，分別建立Orima以及SOCET SET空三加密工程；針對測區的實際特點，先選用其中一款軟件進行初次空三加密，然后通過工程轉換，利用另外一款軟件進行二次空三加密。例如，先用Orima進行自由網匹配和平差，然后轉換至SOCET SET，進行像控點量測和平差。Orima工程中的*.ipf和images.mea可以與SOCET SET工程中的*.ipf、*.iop進行對應互轉；Orima工程中的*.ground可以與SOCET SET工程中的*.gpf進行對應互轉；Orima工程中的*.gps、*.imu可以與SOCET SET工程中的*.sup、*.atf進行對應互轉。工程轉換流程如圖2。

圖2 Orima與SOCET SET空三工程相互轉換流程

(2)Orima與SSK空三工程相互轉換

利用測區原始數據，分別建立Orima以及SSK空三加密工程，針對測區的實際特點，用Orima(或者SSK)進行自由網匹配和平差，然后轉換至SSK(或Orima)進行像控點量測和平差。Orima工程中的*.ipf和images.mea可與SSK工程中的photo文件進行對應互轉；Orima工程中的*.ground與SSK工程中的control可對應互轉；Orima工程中的*.gps、*.imu可以與SSK工程中的project文件進行對應互轉。工程轉換流程如圖3。

圖3 Orima與SSK空三工程相互轉換流程

(3)SOCET SET與SSK空三工程相互轉換

利用測區原始數據，分別建立SOCET SET和SSK空三加密工程，根據地形和數據特點，用SOCET SET(或者SSK)進行匹配和平差，然后將工程轉換至SSK(或SOCET SET)進行區域網平差和粗差剔除。SOCET SET工程中的*.ipf和*.iop可與SSK工程中的photo文件進行互轉，SOCET SET工程中的*.sup、*.atf可與SSK工程中的project、model進行對應互轉。工程轉換流程如圖4。

圖4 SOCET SET與SSK空三工程相互轉換流程

Orima、SOCET SET及SKK空三加密工程轉換的核心在于對工程文件的分析，其重點為各款空三加密軟件中坐標系的定義、外方位元素、像點坐標及物方點坐標信息的記錄方式等。通過程序實現了三種軟件關鍵工程文件的讀取和轉換，通過手工建立空三初始化工程，然后利用程序自動轉換過程文件的方式，實現了三種空三加密工程的半自動無縫轉換，極大提高了空三加密工程的精度和作業效率。

2 空三加密成果導出及轉換

目前使用的測圖軟件主要是JX-4和MapMatrix攝影測量工作站，針對不同的空三加密軟件定制了不同的接口，但不同的空三成果的導入方式不盡一致，亦有難易之分。目前，測圖人員多習慣使用PATB格式、Z/I格式、JX-4自帶空三旋轉矩陣格式以及MapMatrix自帶空三旋轉矩陣格式等。針對不同的測圖軟件，可以導出適應性最強的空三加密成果格式，從而實現加密成果與測圖定向接口間的無縫對接，大幅提高測圖定向效率。

2.1 主要空三成果文件

(1)Patb成果文件

主要包含三個文件，分別為*.im文件，*.adj文件，*.ori文件。其中，*.im文件記錄每張影像上所有連接點的像點坐標(單位為μm)信息，*.adj文件記錄空三工程中所有控制點、檢查點及連接點的物方坐標(單位為m)，*.ori文件記錄空三工程所有影像的外放位元素(JX-4定向用的*.ori文件記錄的是線元素與旋轉矩陣，MapMatrix文件記錄的是線元素與角元素)。

(2)Z/I格式

主要包含五個文件，分別為project、photo、control、model和camera文件，必要時還可以附帶EO文件和patb文件。EO文件記錄空三工程中影像的外方位元素(相當于patb格式的*.ori文件)，patb文件記錄空三工程中所有影像上連接點的像點坐標(相當于patb格式的*.im文件)。

(3)Rep/Gpf格式

分別為*.ipf文件、*.iop文件、*.rep文件、*.gpf文件及*.exp文件。

2.2 主要空三成果文件相互轉換

通過編寫軟件，實現了Patb、Z/I、Rep/Gpf常用空三成果之間的相互轉換，從本質上來說，即是三種成果所包含文件的格式轉換[13-14]。

(1)Patb和Z/I之間的轉換

(2)Patb和Rep/Gpf之間的轉換

(3)Z/I和Rep/Gpf之間的轉換

photo文件和*.ipf、*.iop文件記錄測區影像的像點坐標信息，二者之間可以進行格式轉換。

control文件和*.gpf文件記錄測區影像加密點的物方坐標信息，二者之間可以進行格式轉換。

model、project文件和*.rep、*.exp文件記錄測區影像的外方位元素和像對模型信息，二者之間可以進行格式轉換。流程如圖5所示。

圖5 空三成果導出及相互轉換流程

航空攝影測量空三加密的目的是恢復測區航攝影像的拍攝位置及姿態，為后續4D產品的生產奠定基礎。對于立體測圖系統而言，高精度的空三成果是立體測圖能否順利進行的基本保證。因此，立體測圖成果是空三加密與立體測圖系統間的關鍵紐帶。對于傳統航測而言，Patb一直是JX-4、VirtuoZo及MapMatrix攝影測量工作站立體定向的最常規空三成果；隨著數字攝影測量的發展，Rep/Gpf及ZI等格式的優勢日漸凸顯，并被大多數攝影測量軟件所應用。因此，空三加密成果的導出及轉換，有利于豐富立體測圖系統的定向手段，提高立體測圖的數據準備效率。

3 試驗分析

為了驗證所述研究成果的可行性，在貴州某鐵路專用線初測項目中進行了試驗。該項目使用UCX相機，測區總像片數為351張，共布設30個像控點，地面分辨率為10cm(地表多為茂密植被)。本次試驗使用Orima進行空三加密，局部有8張像片存在缺少點的區域(弱區)，完成像控點初次平差后，將空三工程轉換至SOCET CET中進行連接點的手工添加，然后再轉回Orima進行最終的平差計算。平差結果對比如表1所示。

表1 區域網平差結果對比 m

從平差結果可以看出，利用空三工程轉換的方式在SOCET SET中添加連接點，可有效解決Orima在植被茂密區域難以高精度匹配連接點的問題，提高了空三加密的效率和精度。

4 結束語

針對現有幾款空三加密軟件的特點，通過對各自空三加密流程以及中間過程文件的解析，實現了Orima、SOCET SET及SSK空三工程的相互轉換。利用其各自在空三加密某一工序上的優勢，通過幾款空三軟件的優勢組合應用，可提高生產效率，解決單一空三加密軟件加密難度大的問題。針對不同的測圖軟件，可以導出適應性最強的空三加密成果格式，從而實現加密成果與測圖定向接口間的無縫對接，大幅提高立體測圖的定向效率。上述不同空三加密軟件工程及成果之間相互轉換方法的實現，對鐵路工程中提高制圖效率和空三成果精度具有現實的意義。

[1] 張祖勛.數字攝影測量與計算機視覺[J].武漢大學學報(信息科學版)，2004，29(12)：1035-1039

[2] 張劍清，潘勵，王樹根.攝影測量學[M].武漢:武漢大學出版社，2003

[3] 阮傳華，鄭福海，初光，等.非量測數碼影像在InterGraph SSK系統中的空中三角測量[J].測繪與空間地理信息，2009，32(3):39-43

[4] 雷娟.鐵路航測中ORIMA空三加密淺析[J].鐵道勘察，2012(2)：13-14

[5] 馬軍.Orima空三加密軟件在鐵路航測中的應用與開發[J].鐵道勘察，2009(2)：14-16

[6] 宋起，尹亞娟，元朝鵬，等.SOCET SET 5.4新增功能的技術特點與應用探討[J].測繪與空間地理信息，2012，35(9)：210-212

[7] 翟輝琴，張曉莉，劉曉蘭.利用MapMatrix快速測制困難地區大比例尺地形圖[J].測繪技術裝備，2010，12(4)：19-21

[8] 張大春，王國民.正射影像圖技術在鐵路勘測中的應用與發展[J].鐵道工程學報，2007(1)：20-26

[9] 楊少文.IMU/GPS輔助航空攝影新技術在鐵路勘測中的應用[J].鐵道勘察，2011，37(5):25-39

[10] 滕剛，路瑩新，孟婷.基于VirtuzoZo的航測內業DOM生成技術研究[J].測繪與空間地理信息，2012，35(5):196-197

[11] 馬軍，張玉世，張占忠.JX4數字攝影測量工作站空三加密軟件的開發應用[J].鐵路航測，2003(4)：42-43

[12] 張玉世.空三加密軟件orima的應用與開發[J].測繪技術裝備，2008(3)：35-37

[13] TB10050—2010 鐵路工程攝影測量規范[S]

[14] TB10054—2010 鐵路工程衛星定位測量規范[S]

[15] 沈泉飛，曹敏，李觀石.像素工廠空三轉換及其精度控制研究[J].現代測繪，2009，32(2):10-11