基于Xpro系统的ADS影像航测制图流程探讨

刘竹均 王 义

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610083)



基于Xpro系统的ADS影像航测制图流程探讨

刘竹均 王 义

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610083)

结合某铁路ADS摄影1∶2 000航测制图项目，系统总结ADS影像基于Leica Xpro系统从GPS/IMU数据计算到空三加密和立体测图的全套流程及相关技术要点。

Leica Xpro ADS80 空三加密 立体测图

2008年7月，瑞士徕卡公司在第21届ISPRS大会上推出了基于线阵CCD扫描机载数字航空摄影测量系统Leica ADS80。ADS80采用高精度POS系统，集成了全球卫星定位系统(GPS)和高精度的惯性导航定位系统(IMU)，能够有效保证获取到每条影像较为精确的外方位元素，减少外控作业，提升空三精度。另外，该系统采用三线阵CCD扫描和专业的单一大孔径镜头，一次飞行就可同时获取具有完整三度重叠，连续无缝且具有相同影像分辨率的前、下、后视长条带全色和多光谱立体影像，能一定程度上减少立体测图的模型拼接和定向环节，提升测图精度和效率。基于上述特点，ADS80影像数据对于条带状铁路的航测制图具有良好的应用前景。

ADS80影像数据随处理流程推进共分L0、L1、L2三级影像，传感器直接获取得到的L0级影像存在较大影像畸变，且ADS80影像数据属于多线阵推扫式成像模型，与传统单中心成像模型的框幅式影像在成像原理上有本质的区别，传统的空三处理软件无法直接解析处理。就此，徕卡公司推出Xpro软件，并嵌入了现时主流的Orima平差模块，提供了从传感器影像下载到影像定向输出的一体化数据处理解决方案，能够有效提升ADS影像数据的生产处理效率。

利用某铁路ADS80影像数据，探索基于Leica Xpro软件的ADS80影像数据处理流程，总结相关技术要点和作业经验，为铁路航测内业制图工作提供高精度、高效率的解决方案。

1 ADS80影像处理和测图流程

ADS80的影像处理和测图流程如图1。

图1 ADS80影像处理和测图流程

1.1 影像数据下载和预处理

数据下载是指从数据存储器中拷贝和提取包含gps-imu实时轨线文件(trajectory)、影像数据、数据支持文件等从航飞系统中获取得到的ADS相关数据，并使用IPAS软件下载精密星历，解算ADS航带外方位元素。然后通过Xpro系统的数据预处理模块，将相关地理数据和影像建立起对应的地理坐标关系和关联信息，匹配像点地理信息坐标，建立影像金字塔，为后面的空三加密提供数据准备支持。另外，在数据预处理模块中，还可直接输出快速L2级正射影像。

1.2 空三加密流程

利用IPAS软件解算的ADS航带外方位元素可以对航带数据进行初步定向，但为保证铁路航测1∶2000测图精度，还需通过空三加密流程进一步匹配ADS航带三视影像间、航带与航带之间的连接点以及加密地面控制点，从而进行更加精准的相对和绝对定向；同时纠正IMU的匹配偏差，修正基准面的偏移。ADS80的空三处理可使用XPRO软件的空三准备和处理模块完成，共包括以下五个流程。

(1)创建工程

在Xpro系统中的“空三准备”模块创建空三工程(Block)，创建的过程共计以下三道工序：①整合工程所包含的全部条带数据，条带数据存储在航带测区文件夹中的*.stp文件；②设置工程坐标参数，用户可自定义所需的地理或投影坐标系，另外还可在系统中添加测区内的轨线*.sol文件，自动计算投影带信息；③引入地面控制点数据。

(2)APM自动同名点匹配

调用空三模块下的APM程序自动匹配ADS航带连接点，连接点的提取是基于ADS L0级影像及其对应的*.sup数据支持文件。APM程序提供三种自动连接点提取模式：INLINE_ONLY，TRANSFER_ONLY和FULL模式，分别对应航带内三视重叠影像的连接点提取、航带间的连接点提取、航带内与航带间连接点提取。为增强条带间多视影像的连接，本测区采用FULL模式提取自动同名点。另外，加密人员还可根据地形起伏的程度，调整匹配起始像素、匹配间隔、搜索窗口等同名点匹配策略。

(3)控制点量测

在创建工程的流程中已经将野外控制点坐标数据导入空三工程，而在空三处理模块中，加密人员需要参考航测外业刺点成果示意图，加密准确的控制点点位。加密人员可以选择手工量测模式，也可以选择“cross-correlation”模式自动匹配同名点。另外，还可根据需要在控制点量测窗口对影像的对比度进行调节。

(4)区域网平差

程序自动提取的相对定向连接点以及人工加密的野外地面控制点通过创建“项目方案(Scenario)”得以保存。项目方案是指向某一特定空三工程的一组条带数据(包括空三工程数据、影像数据、条带信息和轨线文件等)以及空三加密的相关参数设定(包括地面控制点位、连接点位和检查点位等)；空三加密过程中的平差解算就是在项目方案中执行的。

因此，在自动连接点、地面控制点提取和量测完成后，需要建立项目方案，保存定向点点位；同时通过触发空三模块嵌入的ORIMA光束法平差模块，在迭代的过程中自动比对地面点精度，剔除粗差连接点，调整控制点准确位置，提高ADS条带影像的定向精度。平差结果的评定主要表现在以下几个方面：①单位权中误差sigma值稳定且保持在1.0～3.0 μm之间时；②GPS、IMU的方差分量保持在0.8～1.2之间，在调整方差分量时，需勾选automatically adjust variance component允许系统，在平差过程中自动调整方差分量，调整结果如图2所示；③在加密1∶2 000测图影像时，地面控制点x、y、z的残差调至1 m以下。本项目测区控制点水平和高程精度都在1 m以下，满足铁路工程摄影测量规范1∶2 000地形图的成图要求，统计结果如图3所示。

图2 单位权中误差与GPSIMU方差分量调整结果

图3 测区控制点精度统计

(5)结果改进与保存

如果由于连接点过少而引起条带连接效果不好，可在“基本参数”标签栏下勾选“Densify points if needed”(如图4所示)，以增加自动同名点的匹配；或是人工增加连接点增强连接和定向精度。调整完成后，点击“write to block”，将项目方案中的平差定向结果保存到空三工程中。

图4 加密连接点匹配

1.3 L1级影像输出和处理

ADS的L1级空三加密影像在Xpro系统中的“产品生成”模块中进行输出。在加载完空三工程后，设置影像的输出参数，然后执行输出。参数的内容包括影像的类型(该模块中可以输出多个光谱通道的L1级和L2级影像)、辐射纠正方法、图片参数、投影信息、输出范围和存储路径。输出的产品包括：影像*.tif文件，数据支持文件*.sup，航线信息和影像索引文件*.ads，姿态及定向文件*.odf和平差定向文件*.odf.adj。此时，长条带的ADS影像被自动裁剪为多个小块，每个条带的裁剪影像索引储存在*.ads文件中，并由*.ads文件链接到条带支持文件*.sup中。另外，输出的影像还需要在Photoshop中进行对比度和色调的调整，以更好的适应测图。

1.4 JX4模型定向和测图

JX4测图软件内嵌“ADS”模块，可对ADS影像数据进行定向和矢量测图。在定向之前，首先需要组织文件结构，以便系统正确读取相应文件：建立与空三加密工程名称相同的工程文件夹，影像、索引和定向文件放置在影像子文件夹下，*.sup支持文件直接放在同级目录下；测区相机文件放置在系统安装目录的ADS文件夹下。文件组织结构建立完成后，更改*.sup文件中*.ads索引文件路径，使得系统能索引到相应的影像路径，从而进行立体像对绝对定向。

为避免出现由于影像过大造成的JX4卡顿、影像加载不流畅的现象，还可在JX4中进一步裁切影像。裁切的方式是对影像进行横向裁切，裁切文件如图5所示。

图5 JX4测图ADS影像裁切文件

2 Xpro数据处理的经验探讨

2.1 坐标系转换问题

Xpro空三工程坐标系的建立是基于ADS80数据gps-imu实时轨线文件的参考坐标系，而铁路一般呈条带状分布，铁路航测制图一般要求选用工程独立坐标系进行分段分带投影，会造成空三工程坐标系与成图坐标系不一致的情况。例如本铁路项目轨线文件的参考坐标系是建立在UTM投影坐标系的基础上，而成图要求是基于CGCS2000坐标系分段投影。为简化流程，本项目采用的方案是在空三加密和测图流程均使用UTM投影坐标系，成图后再进行坐标转换，整个流程共涉及到三个坐标系要点：

(1)在空三准备阶段，引入的地面控制点坐标首先要转换为UTM投影坐标，使其与空三工程坐标系保持一致。

(2)JX4测图定向时也要使用UTM投影坐标，具体的操作方法是更改JX4安装目录下JX4G.ini文件中的投影方法，并在定向参数窗口设置投影带号和中央经线。

(3)最后将测图成果进行坐标转换和换带处理，以满足铁路航测成图要求。

2.2 控制点布设与内业加密

在Xpro系统控制点量测过程中无法进行立体量测，因此地面控制点的布设与传统航测制图也有一些区别。首先，在布设地面控制点时，应着重考虑在条带间以及同一条带三视影像间的点位控制；根据本项目1∶2 000铁路航测制图布点经验，可采用类似传统的五点法布点方式，即在沿铁路线位两侧各10 km外控范围内，每两个ADS条带间各布设一对控制点，并沿线位走向每5 km加设一个控制点。其次，地面控制点的选刺应尽量选择贴近地面的特征点，例如田角、路角等，而诸如房顶角、围墙顶角等距离地面较高处的特征点，内业加密可能无法准确判识而导致高程误差，影响控制点和加密精度。

3 结论

结合某铁路ADS摄影1∶2 000航测制图项目，系统总结了ADS影像基于Leica Xpro系统从GPS/IMU数据解算到空三加密和立体测图的全套制图流程以及相关技术要点；制图成果与交叉铁路线老图接边，满足铁路工程摄影测量规范要求。ADS影像对于铁路航测制图具有以下优势：(1)ADS系统集成了GPS和IMU，具有高精度POS系统，增强了测区内条带拼接，提升了模型间的内符合精度；(2)长条带影像较传统胶片和数码片，立体模型数量减少，从而降低了测图定向的次数以及模型间的接边差；(3)较传统航测，ADS影像的控制点布设有所减少，可一定程度上降低外业工作量，节约时间和费用成本。因此，ADS影像在铁路航测制图工作中有较好的适用性和应用前景。

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Discussions on the ADS Image Mapping Process Based on XPro

LIU Zhujun WANG Yi

2016-08-18

刘竹均(1990—)，女，2014年毕业于英国伦敦大学学院地理信息技术专业，理学硕士，助理工程师。

1672-7479(2016)06-0013-04

P231

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