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摘要：随着技术的发展，对航空摄影数据处理的要求越来越高，空中三角测量数据处理方法与传统相较也有明显的变化，本文就ADS80数据处理流程做出简单分析。
关键词：ADS80 GPS/IMU 外方位元素地面基站
中图分类号： P2 文献标识码： A
引言
徕卡ADS80数字航空摄影测量系统于2008年在北京第12届ISPRS大会上推出。该系统有机地把惯导系统IMU、GPS辅助空三技术更加紧密地与航空摄影测量结合起来，采用惯导系统实时记录摄影过程中的定位定向姿态数据，高频GNSS接收机实时记录高动态摄影空间坐标，直接获取线阵影像外方位元素。现结合近几年的应用，简单分析其数据处理过程。
一、ADS80特点
ADS80(Airborne Digital Sensor System)是瑞士Leica GeoSystems公司与德国航天中心DLR共同研发的机载数字航空摄影测量系统。采用12000像元（像元大小6.5μm）的三线阵（SH91镜头有12条、SH92有11条）CCD成像技术直接获取数字影像；集成了POS系统(GPS/IMU)，可以直接得到影像的外方位元素；同时获取同一地面的前视（27°）、底视（02°）及后视（14°）三个视角高分辨率100%重叠的影像，提高了影像匹配的可靠性；飞行方向影像无需拼接，底视近似垂直摄影。因此，对正射影像图制作有利；同时获取全色、多光谱影像有利于影像解译及变化检测等。
摄影测量的原理就是摄影光束相交得到地面点的点位，而确定投影光束( 像片) 的姿态需要有3 个线元素和3个角元素( 合称外方位元素) 。传统航测成图的方法是利用地面控制点并通过空三加密反求光束的外方位元素，该方法严重依赖地面控制点。在测区无法涉足或找不到合适的地面控制点( 如沙漠、戈壁、森林及大草原) 的地区，该成图方法受到了严重限制。同时，传统航空摄影测量中外业像控测量的工作量和费用占很大的比重。因此直接获取投影光束( 像片) 的外方位元素，无控或少控一直是摄影测量工作者孜孜以求的目标。
二、ADS80相机基本参数
三、ADS80数据处理
ADS80飞行数据处理主要包括三类数据：POS数据（原始GPS/IMU数据）、影像数据以及相关元数据，这些飞行数据被实时记录到MM80存储单元中。从影像获取到空中三角测量数据处理产品输出，整个流程分为七个方面。
1）飞行数据下载
用Xpro软件从MM80存储器中将所有数据解压缩下载到本地硬盘中，下载的飞行数据包括飞行日志、ADS80影像数据、POS数据和其他元数据，用于数据的后处理和各级的产品生成。
2）POS（GPS/IMU）数据解算
POS数据下载完成后，用IPAS-TC软件在Xpro软件下载数据的默认目录中提取机载GPS/IMU数据，利用地面基站GPS提取数据，设置地面基站大地坐标及天线高，对机载GPS/IMU和地面基站GPS数据进行载波相位的GPS差分处理。没有架设基站的数据，可以下载精密星历进行处理。
对飞行获取的GPS/IMU数据、GPS基站数据进行坐标的投影转换、时间标记转换、位置及姿态数据内插处理产生精确的外方位元素及时间标记文件。
3）数据准备
对原始影像数据、处理后的精确的惯性导航数据和相关的元数据进行完整性检查，然后对数据进行预处理，生成直接地理定位定向的L0级影像数据及定向文件。
4）像控点布设
依据具体成图比例尺要求，均匀敷设至少4个像控点及检查点。由于在加像控点是无需立体观测，所以在布设像控点时要尽量选在棱角分明的平地上。而在精度满足要求的情况下，也可以不布设像控点。详情见图1
图1
5）空三解算
建立测区，利用APM自动匹配点工具，根据实际情况设置适合的匹配策略，在全色波段的三个视角自动匹配连接点；然后人工加入像控点和检查点，并且无需立体观测；最后调用ORIMA模块进行光束法平差，评定每个像控点及检查点的位置精度，调整点位，直至平差结果满足相应规范要求，输出平差结果。
6）产品输出
利用空三平差结果对L0级影像进行纠正，生成L1级三个波段的全色影像和底视彩色影像。L1级全色影像用于之后的立体测图，L1级彩色影像用于制作正射影像。
7）坐标转换及高程改正
ADS80数据处理后成果为以WGS84参考椭球为基准的UTM坐标，而与用户所需的目标坐标系有所不同，国内一般采用国家2000坐标系统、1980年西安坐标系统等平面坐标系，高程都是正常高，即沿垂线到似大地水准面的高度，那就需要對两个系统进行平面和高程的转换。我国一般采用平面坐标系统转换一般采用布尔沙7参数和水准面精化成果（bin）文件进行转换。
流程概要如图2：
图2
四、ADS80数据处理与传统相比较
l）在ADS80摄影测量工作站进行数据后处理时，无定向过程。常规框幅式影像需要进行人工内定向，特别是正负航线时要建立两个相机文件，相机的框标坐标和检定主点坐标（PPA）需要编号，较为复杂。
2）ADS80 相机影像是以每条航线为单位，一条航线一幅影像，传统框幅式相机影像是以单张相片为单位。因此在测矢量图、编辑DEM、制作正射影像时，航线方向需要大量的接边工作，为保证接边精度，避免航向出现漏洞，各立体像对之间必须保证一定的重叠度。ADS80 影像在一条航线范围内，航向不需要接边，提高了工作效率。
3）ADS80空三在大面积测区平差时效率较高，人工干预较少，只需观测有限几个控制点，其他均由影像匹配自动完成。但是，ADS80成像机理的复杂性决定了数据后处理过程也较常规摄影测量复杂，由于每条扫描行对应一组外方位元素，一条航线有几万甚至十几万组外方位元素。由于ADS80对POS（GPS /IMU）的依赖程度较高，IMU/ DGPS 精度及数据的异常变化可能会对该扫描行的外方位元素精度造成较大影响，因此选择高精度的GPS /IMU 和空三平差模型对于ADS80而言是十分重要的。
五、结束语
ADS80机载数字航空摄影测量系统是顺应航空摄影测量数字化发展产生的新型航空摄影获取技术。不仅缩短了航空摄影获取的周期，更减少了后续数据处理的繁琐程序。由于影像质量提高和处处重叠，其处理成果更适合立体测图及正射影像生产，并且影像成条带状，与传统胶片相比，航片覆盖面增加，大大减少了野外工作量，同时缩短了工期，节约了成本。
参考文献
[1] 张祖勋,张剑清.数字摄影测量学.武汉:武汉大学出版社,2000
[2] 邹晓亮,赵桂华,吴云东,张永生.ADS40地面数据处理的数据流分析.地理空间信息, 2008,6(3)
[3] 杨卫军,李长辉,林鸿,张鹏程. ADS40数字航空摄影测量数据自动化处理.测绘工程.2011,20(1)
[4] 王江,武吉军. 徕卡ADS80 数字航空相机空三精度分析. 测绘与空间地理信息.2011,34(5) ADS80
关键词：ADS80 GPS/IMU 外方位元素地面基站
中图分类号： P2 文献标识码： A
引言
徕卡ADS80数字航空摄影测量系统于2008年在北京第12届ISPRS大会上推出。该系统有机地把惯导系统IMU、GPS辅助空三技术更加紧密地与航空摄影测量结合起来，采用惯导系统实时记录摄影过程中的定位定向姿态数据，高频GNSS接收机实时记录高动态摄影空间坐标，直接获取线阵影像外方位元素。现结合近几年的应用，简单分析其数据处理过程。
一、ADS80特点
ADS80(Airborne Digital Sensor System)是瑞士Leica GeoSystems公司与德国航天中心DLR共同研发的机载数字航空摄影测量系统。采用12000像元（像元大小6.5μm）的三线阵（SH91镜头有12条、SH92有11条）CCD成像技术直接获取数字影像；集成了POS系统(GPS/IMU)，可以直接得到影像的外方位元素；同时获取同一地面的前视（27°）、底视（02°）及后视（14°）三个视角高分辨率100%重叠的影像，提高了影像匹配的可靠性；飞行方向影像无需拼接，底视近似垂直摄影。因此，对正射影像图制作有利；同时获取全色、多光谱影像有利于影像解译及变化检测等。
摄影测量的原理就是摄影光束相交得到地面点的点位，而确定投影光束( 像片) 的姿态需要有3 个线元素和3个角元素( 合称外方位元素) 。传统航测成图的方法是利用地面控制点并通过空三加密反求光束的外方位元素，该方法严重依赖地面控制点。在测区无法涉足或找不到合适的地面控制点( 如沙漠、戈壁、森林及大草原) 的地区，该成图方法受到了严重限制。同时，传统航空摄影测量中外业像控测量的工作量和费用占很大的比重。因此直接获取投影光束( 像片) 的外方位元素，无控或少控一直是摄影测量工作者孜孜以求的目标。
二、ADS80相机基本参数
三、ADS80数据处理
ADS80飞行数据处理主要包括三类数据：POS数据（原始GPS/IMU数据）、影像数据以及相关元数据，这些飞行数据被实时记录到MM80存储单元中。从影像获取到空中三角测量数据处理产品输出，整个流程分为七个方面。
1）飞行数据下载
用Xpro软件从MM80存储器中将所有数据解压缩下载到本地硬盘中，下载的飞行数据包括飞行日志、ADS80影像数据、POS数据和其他元数据，用于数据的后处理和各级的产品生成。
2）POS（GPS/IMU）数据解算
POS数据下载完成后，用IPAS-TC软件在Xpro软件下载数据的默认目录中提取机载GPS/IMU数据，利用地面基站GPS提取数据，设置地面基站大地坐标及天线高，对机载GPS/IMU和地面基站GPS数据进行载波相位的GPS差分处理。没有架设基站的数据，可以下载精密星历进行处理。
对飞行获取的GPS/IMU数据、GPS基站数据进行坐标的投影转换、时间标记转换、位置及姿态数据内插处理产生精确的外方位元素及时间标记文件。
3）数据准备
对原始影像数据、处理后的精确的惯性导航数据和相关的元数据进行完整性检查，然后对数据进行预处理，生成直接地理定位定向的L0级影像数据及定向文件。
4）像控点布设
依据具体成图比例尺要求，均匀敷设至少4个像控点及检查点。由于在加像控点是无需立体观测，所以在布设像控点时要尽量选在棱角分明的平地上。而在精度满足要求的情况下，也可以不布设像控点。详情见图1
图1
5）空三解算
建立测区，利用APM自动匹配点工具，根据实际情况设置适合的匹配策略，在全色波段的三个视角自动匹配连接点；然后人工加入像控点和检查点，并且无需立体观测；最后调用ORIMA模块进行光束法平差，评定每个像控点及检查点的位置精度，调整点位，直至平差结果满足相应规范要求，输出平差结果。
6）产品输出
利用空三平差结果对L0级影像进行纠正，生成L1级三个波段的全色影像和底视彩色影像。L1级全色影像用于之后的立体测图，L1级彩色影像用于制作正射影像。
7）坐标转换及高程改正
ADS80数据处理后成果为以WGS84参考椭球为基准的UTM坐标，而与用户所需的目标坐标系有所不同，国内一般采用国家2000坐标系统、1980年西安坐标系统等平面坐标系，高程都是正常高，即沿垂线到似大地水准面的高度，那就需要對两个系统进行平面和高程的转换。我国一般采用平面坐标系统转换一般采用布尔沙7参数和水准面精化成果（bin）文件进行转换。
流程概要如图2：
图2
四、ADS80数据处理与传统相比较
l）在ADS80摄影测量工作站进行数据后处理时，无定向过程。常规框幅式影像需要进行人工内定向，特别是正负航线时要建立两个相机文件，相机的框标坐标和检定主点坐标（PPA）需要编号，较为复杂。
2）ADS80 相机影像是以每条航线为单位，一条航线一幅影像，传统框幅式相机影像是以单张相片为单位。因此在测矢量图、编辑DEM、制作正射影像时，航线方向需要大量的接边工作，为保证接边精度，避免航向出现漏洞，各立体像对之间必须保证一定的重叠度。ADS80 影像在一条航线范围内，航向不需要接边，提高了工作效率。
3）ADS80空三在大面积测区平差时效率较高，人工干预较少，只需观测有限几个控制点，其他均由影像匹配自动完成。但是，ADS80成像机理的复杂性决定了数据后处理过程也较常规摄影测量复杂，由于每条扫描行对应一组外方位元素，一条航线有几万甚至十几万组外方位元素。由于ADS80对POS（GPS /IMU）的依赖程度较高，IMU/ DGPS 精度及数据的异常变化可能会对该扫描行的外方位元素精度造成较大影响，因此选择高精度的GPS /IMU 和空三平差模型对于ADS80而言是十分重要的。
五、结束语
ADS80机载数字航空摄影测量系统是顺应航空摄影测量数字化发展产生的新型航空摄影获取技术。不仅缩短了航空摄影获取的周期，更减少了后续数据处理的繁琐程序。由于影像质量提高和处处重叠，其处理成果更适合立体测图及正射影像生产，并且影像成条带状，与传统胶片相比，航片覆盖面增加，大大减少了野外工作量，同时缩短了工期，节约了成本。
参考文献
[1] 张祖勋,张剑清.数字摄影测量学.武汉:武汉大学出版社,2000
[2] 邹晓亮,赵桂华,吴云东,张永生.ADS40地面数据处理的数据流分析.地理空间信息, 2008,6(3)
[3] 杨卫军,李长辉,林鸿,张鹏程. ADS40数字航空摄影测量数据自动化处理.测绘工程.2011,20(1)
[4] 王江,武吉军. 徕卡ADS80 数字航空相机空三精度分析. 测绘与空间地理信息.2011,34(5) ADS80