IMU辅助空三在川藏线制图中的应用

王　义

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都　610031)



IMU辅助空三在川藏线制图中的应用

王义

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)

通过自由网平差验证川藏线IMU数据精度较高，随引入IMU辅助空三技术，利用少量像控点对整个测区进行控制，并通过外业检查点及散点验证IMU辅助空三加密精度，其精度满足大比例尺测图规范要求，可减少外业像控点数量，提高航空摄影测量工作效率，并总结出IMU辅助空三制图流程及外业像控点最优布设方案。

IMU空三自由网像控点

空三加密的最终目的是求解航空像片的外方位元素，即摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态参数。常规的做法是：全测区量测连接点及控制点，通过共线方程解算其外方位元素。而IMU为固定在航摄仪上面的惯性导航系统，可以直接获取航片曝光时刻外方位元素数据，如果检校精度较好，无需外控和空三加密即可完成1∶10 000地形图测制，加少量控制点即可符合1∶2 000图精度。

近阶段，川藏线正在开展工作的是成康及拉林段。拉林段环境情况复杂，测区位于西藏境内，西起拉萨，东至林芝，所经区域崇山峻岭，植被覆盖茂密，中间横跨难以逾越的雅鲁藏布江，气候条件极其恶劣，外业像控测量非常困难。为了减少外业工作量，研究利用IMU/DGPS辅助空三技术开展航测工作。

1　IMU数据整理及精度验证

1.1IMU数据内业计算整理

IMU原始数据格式平面为经纬度，高程为大地高，与制图坐标系不一致，需进行投影转化和高程改正。平面投影到国家标准3°分带，并将大地高做高程异常改正，转化为正常高，角元素不做变换。

1.2IMU数据精度验证

IMU数据的精度必须经内业验证，精度符合要求，方可用于内业测图及外控点布设方案。IMU的精度验证方法有两种，一是利用JX4测图工作站完成，随机抽取测区任意两张相邻影像，建立像对，完成自动内定向、相对定向及核线重采样步骤。IMU数据输入时做安置试验，角元素“Φ”设置为“-Φ”，由于影像飞行方向的变换，定向时“K”需作加减“180°”试验，直至误差较小。该验证方法简单实用，速度较快，生产中使用较多。图1为拉林测区某像对IMU数据定向截图。

图1　拉林测区某像对IMU数据定向

从图1可见，模型内符合精度较好，像对之间的接边最大误差在5 m以内。

方法二是利用Inpho加密软件，通过自由网平差验算IMU数据的精度，该方法可对全测区的IMU数据做检查，无遗漏，精度普遍可靠，但用时较多，工期要求不太紧的项目可使用。用该方法对拉林测区多张影像的IMU数据做了精度统计(如表1)。

表1　拉林测区部分影像IMU数据精度统计　m

图2　拉林某测区6点法布设方案

2　基于IMU数据无像控测制1∶10 000地形图

拉林测区IMU数据精度较可靠，在无像控、不做空三加密的情况下，利用IMU外方位元素直接参与定向的方法，测制全测区1∶10 000地形图。定向过程中，通过对“K”角作试验，利用EXCEL表格加减常数，“Φ”角反向等手段建立全区EO外方位元素文件，为后续自动定向导入外方位元素做准备。同时，全测区逐像对完成相对定向自动匹配及核线影像重采样工作，之后，自动导入外方位元素。通过定向批量处理，加快了定向速度，提高了生产效率。定向完成后，测图与常规方法方法一致。后续利用1∶2 000像控点及检查点，对拉林测区用该方法测制的1∶10 000图进行了精度统计，结果如表2。

表2　拉林测区1∶10 000图精度统计　m

由表2可见，平面高程中误差均满足1∶10 000航测制图规范要求。

3　基于IMU数据少量像控点测制1∶2 000地形图

INPHO摄影测量工作站影像匹配技术非常强大，拉林测区1∶2 000空三加密工作，主要选用INPHO进行自动匹配，IMU数据自动引入，平差解算。实验了多种控制点布设方案，下面以6点法和9点法为例进行阐述。

3.1全测区6点法

拉林某测区，地形等级为高山地，测区起始和结束各布设1对点，测区中间布设1对点。布点方案如图2。

用多余控制点做检查点，其残差统计如表3。

表3　拉林某测区6点法布点方案　m

3.2全测区9点法

相同测区，地形等级仍为高山地，测区起始和结束各布设3个点，测区中间布设3个点。布点方案如图3。

图3　拉林某测区9点法布设方案

用多余控制点做检查点，其残差统计如表4。

表4　残差统计　m

两种方案中误差均满足《铁路工程摄影测量规范》1∶2 000制图规定，其中全测区9点法精度优于全测区6点法，布设方案更加稳妥可靠，实际生产中推荐使用。

4　结论

川藏线拉林测区利用IMU数据，采用无像控、不做空三、直接定向测图的方法，测制了1∶10 000地形图；并采取全测区9点法布设像控点，完成了空三加密工作，测制了1∶2 000地形图。采用像控点对两种地形图做检查，其精度都符合规范要求。川藏线应用IMU辅助空三制图技术，减少了外业像控点测绘工作量，加快了作业进度，具有广泛的经济和社会效益，值得推广应用。

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Application of IMU aided aerial triangulation in Tibet Sichuan railway mapping

WANG Yi

2016-05-17

王义(1975—)，男，2000年毕业于武汉测绘科技大学摄影测量与遥感专业，工学学士，高级工程师。

1672-7479(2016)04-0004-03

P237

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