浅谈基于ADS80航摄影像的数字线划图航测成图

摘　要：本文简述了利用ADS80航摄数字化成图的技术特点，浅要介绍了利用ADS80航摄影像在盘锦1：500大比例尺地形图航测成图过程中的立体测图的技术特点。

关键词：ADS80；数字摄影测量；立体测图；DLG；独立坐标系
0.引言
　　徕卡ADS80数码摄影测量系统是目前最先进的推扫式机载数字航空摄影测量系统。ADS80集成了高精度的惯性导航定向系统GPS/IMU，采用三线阵CCD扫描和专业的单一大孔径焦阑镜头，航摄时可以同时获取100%重叠的3个全色波段、2个彩色波段、2个红外波段的立体影像，ADS80在同一地点获取前视、底视、后视影像。
　　使用ADS80系统可以无需外业像控测量就可以直接进行加密和测图，不仅大大减少了外业测量工作，更可以提高工作效率，缩短成图工期，能够降低测绘成本。盘锦市1:500数字线划图（DLG）成图项目的航摄影像获取就是采取了ADS80航摄系统，并在适普Virtuozo摄影测量工作站上进行立体测图。测区面积421平方公里。
利用ADS80航摄影立体测图的特点
1.1 ADS80推扫式影像测图的特点
　　（1）ADS80获取的推扫式条带影像的变形小，变形方向一致，相当于传统的框幅式数码航摄相机的多镜头共中心或虚拟中心投影方式更适合于立体测图。
　　（2）利用条带影像进行测图作业，航线内无需更换像对和定向，避免了框幅式影像频繁更换像对所带来的多次定向和地物接边，提高了测图的精度和效率，也提高了质量检查的效率。
　　（3）多名作业员可同时在一个条带影像上进行测图作业，可采用分区或按地物类型进行矢量数据采集的方式进行生产组织安排，方便生产调度和数据集成。
1.2 ADS80三个角度影像获取方式测图特点
　　（1）ADS80同时获取三个角度100%重叠的连续影像最大基高比为0.76，而使用传统的比较成熟的航摄相机RC30的88毫米镜头获取的影像的基高比为1.05,152毫米的基高比为0.61。完全可以满足立体测图对高程量测的要求。
　　（2）ADS80可同时获取16°、25°、41°三个角度100%重叠的连续条带影像，其全色影像可分别构成“前视-底视、前视-后视、后视-底视”等三重立体，若采用多重立体匹配技术，可有效剔除粗差，提高影像匹配精度。
　　（3）ADS80在同一地点同时获取前视、底视、后视三个不同角度的，并可再后期数据处理时采用叠加镶嵌的方法避开因地面或水体反光在影像上形成的反光点或反光条带，也可避开航摄飞机自身的阴影。可以有效解决盘锦测区周边水域反光问题。
1.3 ADS80影像空三加密测图特点
　　（1）由于集成了IMU/GPS，理论上每条扫描线均由独立定向参数，从而避免了框幅式影像因主点落水对空三加密和测图的影响，无需为传统意义上的主点落水而额外的增加控制点数量。
　　（2）横向重叠度高，数据量大，提高了连接点的匹配精度，空三结果更加可靠。
 1.4存在的问题
　　（1）由于ADS80系统采用的线阵扫描技术，在进行大比例尺摄影时，对快速移动目标的摄影存在波段错位缺陷，主要是公路上的高速行驶车辆会显示错位，需要局部进行改正。
　　（2）ADS80数码航摄影像由于其像素高，其数据量大，整个盘锦摄取的航摄影像数据存储空间需要10多个TB，对于数据的存储和拷贝都不方便，不过随着计算机硬件的飞速发展，这些都不是问题。
成果坐标系统的转换
2.1 相对独立坐标系统的采用
　　GPS的基准是WGS-84坐标系，ADS80使用的POS定位系统包括GPS及IMU。而用户应用有自己的坐标系统，即本地坐标系，盘锦市数字化地形图（DLG）成果采用的是盘锦市相对独立坐标系统。在盘锦市1:500大比例尺地形图成图项目中采用的相对独立平面坐标系统中央子午线122°，高斯1.5°带投影。
　　盘锦市原平面坐标系统为1954年北京坐标系，中央子午线为123°，高斯3°带投影。由于该中央子午线距盘锦较远，该市域西部平面控制点坐标反算边长与实量边长之比远超过《城市测量规范》（CJJ8-99）中规定的2.5cm/km的变形要求。随着城市规模的不断扩大，原有的坐标系统已越来越不适应规划建设的要求。盘锦市新平面坐标系的确立使大比例尺地形图的精度，不再受到投影变形的影响，对盘锦市规划建设和土地利用有着重大的历史意义。
2.2 成果坐标系统的转换
　　WGS-84坐标与本地坐标系之间的转换包括平面、高程两方面内容。平面坐标转换采用七参数转换，高程转换则必须利用大地水准面精化模型。WGS-84和地方坐标系变换使用7个转换参数：3.个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数，使用的模型为Bursa模型。
　　采用ADS80数字航空摄影测量系统进行摄影测量工作，从相机的检校到用户的产品生产，涉及内部和外部的多种坐标系运算及转换，但所有计算过程都己包含在相关的数据处理和测图软件中，用户只要根据需要输入相机检校文件参数，提供必要的大地水准面精化模型数据（BIN文件）和与地方坐标系转换的7个转换参数，就可以完成从原始影像数据(L0数据)到成果数据(L1)的处理。
2.3 ADS80影像测图的生产流程

　　               图1：利用ADS80影像立体测图流程图
3  精度指标
3.1 平面位置中误差
　　依据项目技术设计书中规定的图上地物点相对于邻近图根点的点位中误差与邻近地物点间距中误差符合表1规定：
表1 图上地物点点位中误差和间距中误差
地区分类 点位中误差 邻近地物点间距中误差
城市建筑区和平地、丘陵地 ≤0.5mm ≤0.4 mm
　　注：森林隐蔽等特殊困难地区，按照表1规定值放宽50％。
3.2  高程中误差
　　城区街道、建筑区和平坦地区的铺装路面高程注记点相对于邻近高程控制点的高程中误差不得大于±0.15m。
　　注：阴影、摄影死角、森林隐蔽地区按照上述要求放宽50％。平面和高程中误差的2倍为最大误差。
4.成果精度检查统计
4.1 平面精度检查
　　采用解析法和间距法进行检查。计算平面中误差公式采用
m=
　　a.相对位置精度检查
　　通过量取邻近地物点间距与数字化地形图上同名点间距相比较，以评定平面相对位置精度。对44幅图进行了地物点间距量测，总计量测451条边，粗差数11个，粗差率为2.37%，间距中误差为图上±0.24mm。
　　b.绝对位置精度检查
　　用全站仪极坐标法外业采集地物点坐标与数字化地形图上同名点坐标相比较，以评定地形图的平面绝对位置精度。对25幅图进行了明显地物点坐标采集，共计采集533个点，点位中误差为图上±0.36mm, 粗差20个，粗差率为3.75％                 。
4.2 高程精度检查
　　采用全站仪三维坐标的方法检测铺装路面的高程注记点的精度及一般高程注记点的精度。全站仪三维坐标法检测14幅图，高程注记点258个，粗差0个，中误差为±0.08m。计算高程精度中误差公式采用
　　　　　　　　　　　　m=
5. ADS80航摄影像测图的优势
　　盘锦市大比例尺数字线划图（DLG）项目采用基于ADS80航摄影像的数据生产方式，减去了像片扫描和像控点测量工作，并且达到了作业要求，极大的减轻了外业工作量。这种数字线划图DLG数据生产方式比采用传统生产方式在工期上大大缩短。通过本次项目的各项精度指标可以看出，成图精度较相关国家规范要求的精度也完全满足，并大大提高。基于ADS80航摄影像测图的DLG数据生产方式在盘锦市1:500数字线划图（DLG）项目数据生产中发挥了高效、准确的特点，比传统方式更先进，更可靠。
　　利用ADS80进行数字航空摄影测量时无需布设地面GPS基站，为困难地区，如西部测图，扫清了技术障碍。采用推扫式线阵扫描的影像获取方式，在DOM，DEM, DLC生产中采用整航带作业模式，能够减少图幅拼接、影像处理的工作量。比传统的航摄影像获取方式进行测图和4D产品生产更先进快捷。
6.小结
　　基于ADS80航摄影像测图的数字线划图（DLG）数据生产方式在盘锦市1:500比例尺数字线划图项目中发挥了其高精度高效率的特点，这种生产方式是目前最先进、可靠地数字4D产品生产方式，值得推广。随着测绘科学技术的不断创新，结合大地水准面精化成果和连续运行参考站系统（CORS）建设等高新技术投入项目应用，ADS80航空摄影系统航测将会在测绘行业应用更加广泛。
参考文献：
 王海涛，武吉军，冯聪军等.徕卡ADS 40/ADS 80数字航空摄影测量系统.测绘通报，2009 (10) ：73-74.
 杨庚印.徕卡ADS80数字航空相机的精度验证和技术探讨.测绘通报，2010 (8)：73-74.
 许大力.徕卡ADS80数字航空摄影测量系统在大比例尺地形图航测工程中的应用.中国科技信息，2011(8)：50-51.
 张剑华. ADS40数码航摄影像在DTM立体测图中的应用.测绘与空间地理信息, 2008  (05)：166-167.
 杨卫平,张建勋,徐军. ADS40在DLG生产中的应用研究. 测绘与空间地理信息, 2008 (06):69-71.",##隔###