ADS80数字航空摄影空三坐标转换的研究

孙颖，王世军

(1.大连市勘察测绘研究院有限公司，辽宁大连 116021； 2.大连金州新区勘察测绘中心，辽宁大连 116600)

ADS80数字航空摄影空三坐标转换的研究

孙颖1∗，王世军2

(1.大连市勘察测绘研究院有限公司，辽宁大连 116021； 2.大连金州新区勘察测绘中心，辽宁大连 116600)

ADS80数字航空摄影空三成果依赖于其飞行时的机载IMU/GPS数据和地面GPS基站数据，以上两种数据源是基于大地坐标系WGS-84的，因此ADS80数字航空摄影空三加密是WGS-84坐标。因此若利用该成果必须进行坐标转换。本文分析ADS80数字航空摄影测量的坐标转换数学原理，并通过实际生产检验该转换的精度。

ADS80数字航空摄影；空三加密；坐标转换

1 前 言

随着技术的进步，尤其是数码航空摄影技术的出现和应用，航空摄影测量的作业方法和模式也出现了较大的变化。ADS80数字航空摄影空三成果坐标转换就是一个典型案例。

2 ADS80数字航空摄影空三特点

ADS80航空摄影是数字航空摄影，采用三线阵推扫式获取影像，能够获得多种类型高精度相同分辨率的数字影像数据。其后期处理是涉及大地测量、航空摄影测量、遥感技术应用等多门测量学科的新兴现代综合测量影像处理系统[1]。

ADS80航空摄影系统配备了IMU/GPS系统，并在飞行中架设地面基准站，可以在无控制或少量控制点的情况下进行姿态控制处理，进行空三平差解算，极大地减轻了航空摄影测量的外业控制工作量，缩短了航测生产周期，提高了作业效率。

由ADS80航空摄影的特点可以知道，ADS80航空摄影获取的是带状影像而非传统的矩形影像，一个条带最大长度根据不同的分辨率而不同，一般GSD(地面分辨率)为0.2 m用于成1∶2 000图的航片，最大长度在60 km，因此空三加密时必须考虑地球曲率对精度的影响；ADS80航空摄影空三不依赖于控制点而是根据其飞行时的GPS-IMU系统和地面基站数据，但是以上数据是基于WGS-84坐标系的，因此ADS80航空摄影空三加密成果是基于WGS-84坐标系，其高程是大地高。因此实际生产中需要将空三成果由WGS-84坐标系转换到相应的平面和高程坐标系下。

3 坐标转换的基本原理

WGS-84坐标到地方坐标的转换包括平面、高程两方面内容。平面坐标转换采用若干已知点获取相应转换参数，然后将转换参数利用到相应的全数字摄影测量软件中，在立体采集中进行实时转换；高程转换则利用高程模拟方法或似大地水准面精化成果，计算出大地高和地方坐标系统之间的差值，制作bin文件，引入到摄影测量软件中，在立体采集过程中实时转换。

3.1 平面坐标系的转换

从ADS80摄影及空三特点可知，其原始坐标系统是WGS-84大地坐标系，因此，ADS在平面坐标转换过程中分两个步骤:WGS-84大地坐标系到WGS-84空间直角坐标系；再由WGS-84空间直角坐标系到地方坐标系(七参数转换)[2]。本次以WGS-84和大连城建坐标系转换为例说明。

大连市市区所辖6区面积约3 800 km2，且是一个半岛狭长区，海岸线不规则，地形复杂。在大连地区ADS80航空摄影转换参数计算过程中，选用13个大连市二等GPS控制网的控制点进行解算，解求出七参数。这13个点均匀分布，基本包括大连市所辖范围。通过这13个点对应的两组坐标，计算出两个坐标系的转换七参数。

3.2 高程基准的转换

由于WGS84的大地高与水准高不同，且差值是不等的，因此需要计算出不同区域的差值(异常值)。

在大连地区进行ADS80航空摄影高程基准转换一般采取两种方式进行:

对于有似大地水准面精化成果的地区，直接利用似大地水准面精化成果制作bin文件；没有似大地水准面精化成果的地区，在测区内按照一定等级和密度测量一定的控制点，计算出这些控制点大地高和正常高，正常高一般利用水准法进行测量，计算出这些点的异常值，然后拟合出该区域似大地水准面，利用拟合的成果，计算bin文件。

4 坐标转换的实现

计算出七参数和bin文件后，将计算结果引入到数字摄影测量软件中，坐标转换是在立体采集过程中实时实现的。

以LPS全数字摄影测量软件为例，其七参数设置格式如下[3]:

“坐标系统名称”

{

序号 椭球长半径a 椭球短半径b

“坐标系统名称”0 0 0 0 0 0 0

“地方系统名称”△X △Y △Z ωxωyωzm

}

“坐标系统名称”指的是所要定义的坐标系的名称。如大连地区定义为“dalian datum”，因在该系统下不支持汉字，要特别注意用拼音代替。

序号 椭球长半径a 椭球短半径b：序号指的是该椭球文件已定义椭球序号，在定义该序号时不能重复，不能空号。椭球长半径a 椭球短半径b指定义的椭球的长、短半轴，注意要和七参数的计算相匹配。

“地方系统名称”△X △Y △Z ωxωyωzm：地方系统名称主要是用来标注区分该计算参数是那个地区。

高程基准转换参数设置如下：

定义高程基准的格式：

“高程系统名称”{

序号 椭球长半径a 椭球短半径b

“坐标系统名称”0 0 0 0 0 0 0

“高程基准名称”

基于框架=“ITRF97” /∗指该大地水准面精化模型所对应得WGS84框架坐标系统

{

RASTER RESAMPLE="Bilinear"

HEIGHT="dalian.bin"/∗大地水准面精化成果文件∗/

}模型描述

将以上坐标定义完成后，在空三成果中建立测区时引入定义的参数，即可将WGS-84坐标系统下的平面和高程系统转到所需的平面和高程系统，进行立体采集。

目前ADS80航空摄影后处理软件都有坐标转换功能，不同的软件其平面转换算法法有所差异，如LPS数字摄影测量工作站是利用获取的七参数直接转换；VirtuoZo和MapMatrix可以直接利用七参数转换，也可以利用一组坐标计算出七参数再进行转换。高程坐标都是利用水准面精化文件(bin)进行的转换，但是基本原理相同。

5 与传统航空摄影比较

(1)空三数据坐标系统的可变性

在传统航空摄影中，空三加密完全依赖于像控点，空三加密工作结束后，整个系统的坐标系统、精度均固化，不可再改变，因此可以理解传统摄影测量一次空三结果只能提供一种坐标系统。

ADS80航空摄影及后续摄影测量软件设计机制如下:利用航空摄影时的机载GPS-IMU系统提供相机瞬时位置和角度坐标，然后进行空三加密，获取WGS-84坐标系下的空三成果。在后处理过程中，通过坐标转换和高程异常值文件的利用，将坐标转换到相应的平面和高程系中，获取符合要求的地图文件，即可以提供不同平面坐标系和高程坐标系的空三成果。因此可以理解其空三数据坐标系统是可变的。

(2)高程数学精度高

传统航空摄影测量受航片基高比较小和空三加密精度的影响，尤其是空三高程采用高程拟合的方式获取，高程精度一般无法满足大比例(1∶500～1∶2 000)地形图精度要求。

ADS80航空摄影空三加密坐标系统采用数学模型严密的WGS-84椭球，其空三加密高程精度较高。而在坐标转换中采用似大地水准面成果进行，其数学基础严密，同时ADS80航空摄影基高比较大，最大达到0.74，提高观测精度，因此能够获取更高的高程精度。

6 实际生产的检查

2011年在大连地区进行292 km2地面分辨率为0.08 m的ADS80航空摄影，制作1∶500比例尺地形图，辽宁省测绘产品质量监督检验站对最终成果进行了检查，数学精度检查结果如下:

平面绝对位置精度:解析法检测地形图80幅，共检测地物点坐标2 434个，总体统计点位中误差为图上±0.35 mm，满足小于图上±0.5 mm的设计要求；粗差42个，粗差率为1.7%，优于5%的设计要求。

上述检测数据分布在23个批次内。

高程注记精度:实地测定三维坐标的方法检测高程注记点80幅，共检测高程注记点1 650个，总体统计中误差为±7.4 cm，满足铺装路面高程注记点中误差小于±15 cm高精度的设计要求；粗差0个，粗差率为0%，远远优于5%的设计要求。

上述检测数据分布在23个批次内。[4]

其中高程所检测的坐标均采用航测法立体测量获取的。

从上面检查结果可以看出，ADS80航空摄影通过这种坐标转换方式获取测量成果，不但能够满足规范要求平面精度，也解决了传统航空摄影测量无法满足大比例尺测图高程精度规范要求的问题，大大提高作业效率，降低了作业成本。

[1] 赵磊，张森，尹志强等.ADS80数字航空摄影与传统航空摄影之比较[J].城市勘测，2009(2).

[2] 陈弘奕.ADS80数字航空摄影测量技术中坐标系统转换和大地水准面精化成果的应用研究[J].测绘通报，2007 (12).

[3] 杨庚印.ADS80数字航空摄影测量系统本地坐标系在LPS中的建立[J].测绘通报，2008(4).

[4] 辽宁省测绘产品质量监督检验站.测绘成果质量检验报告[R].辽测质检(2011)第(002)号.

The Aerital Triangulation Coordinate Conversion Research of ADS80 Digital Aerital Photography

Sun Ying1，Wang Shijun2
(1.Dalian Academy of Reconnaissance and mapping Co.，Ltd.Dalian 116021，China；2.Survey and Mapping Center of Dalian Jinzhou New District，Dalian 116600，China)

The result of Aerital Triangulation of ADS80 ADS80 Digital Aerital Photography depend on the flight IMU/GPS data and the GPSbase data in the ground，which the coordinate syetems isWGS-84.And then，the coordinate syetems of Aerital Triangulation of ADS80 Digital Aerital Photography isWGS-84.So it is necessary to convert coordinates.In the paper，based on the analysis of the coordinate transformation mathematical theory of ADS80 Digital Aerital photogrammmetry，and through the actual production testthe conversion precision.

ADS80 digital aerital photography；aerital triangulation；coordinate conversion

1672-8262(2013)03-131-03

P226+.3

B

2012—11—20

孙颖(1970—)，女，高级工程师，主要从事测绘生产与技术管理工作。

国家海洋局极地科学重点实验室开发研究基金资助项目(KP201102)；中央高校基本科研业务费专项资金(121047)