□李永軍

（山西省基礎(chǔ)地理信息院，山西太原030001）

利用高分辨率遙感立體像對(duì)生產(chǎn)正射影像的實(shí)驗(yàn)研究

□李永軍

（山西省基礎(chǔ)地理信息院，山西太原030001）

通過(guò)對(duì)高分辨率衛(wèi)星遙感立體測(cè)圖技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)狀分析，以此為基礎(chǔ)針對(duì)高分辨率衛(wèi)星影像的生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)航空攝影測(cè)量的方法進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差、自動(dòng)DSM匹配到最后正射影像的生成進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析驗(yàn)證。

高分辨率衛(wèi)星影像；立體測(cè)圖；生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)；精度分析

一、引言

衛(wèi)星成像技術(shù)及立體成像能力的發(fā)展，使得衛(wèi)星測(cè)繪（Satellite Mapping）成為了地理空間信息獲取與持續(xù)更新的主要技術(shù)手段之一，多線陣立體成像以及空間分辨率持續(xù)提升，使航天攝影測(cè)量與航空攝影測(cè)量并存，優(yōu)于0.5米分辨率立體像對(duì)，可滿足1∶5000及更大比例尺測(cè)圖要求。

二、高分辨率衛(wèi)星遙感立體測(cè)圖技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)外學(xué)者利用GeoEye-1立體影像，對(duì)澳大利亞霍巴特地區(qū)（最低高程接近海平面，最高1200米），利用WorldView-2立體影像對(duì)新加坡Punggol地區(qū)，利用IKONOS立體影像對(duì)新加坡Kallang地區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。云南省航測(cè)遙感信息院利用WorldView-1立體影像對(duì)云南邊境地區(qū)，北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院利用GeoEye-1衛(wèi)星影像對(duì)國(guó)內(nèi)某區(qū)域（該區(qū)域平均海拔為87米，試驗(yàn)區(qū)西北部為山區(qū)，東北部為平原，西南部為城鄉(xiāng)結(jié)合部并覆蓋部分河流，東南部為城區(qū)）成功進(jìn)行了地形圖測(cè)繪。

基于以上國(guó)內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)，山西省基礎(chǔ)地理信息院特此立項(xiàng)，進(jìn)行了高分辨率衛(wèi)星遙感立體測(cè)圖實(shí)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)提供了理論依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

三、Worldview衛(wèi)星影像生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)

本次選擇0.5米分辨率的兩景Worldview全色數(shù)據(jù)，構(gòu)成立體像對(duì)，生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，旨在通過(guò)實(shí)踐完成以下幾個(gè)方面的運(yùn)行能力，為日后廣泛應(yīng)用此技術(shù)提供數(shù)據(jù)支持。

·區(qū)域網(wǎng)平差精度

·自動(dòng)（DSM）匹配

·正射影像圖生產(chǎn)能力

本次實(shí)踐基于原始立體像對(duì)、控制點(diǎn)坐標(biāo)及刺點(diǎn)片，完成區(qū)域網(wǎng)平差，影像數(shù)據(jù)構(gòu)建立體像對(duì)，通過(guò)影像匹配生產(chǎn)粗精度數(shù)字高程模型（DEM），并用于數(shù)字正射影像圖（DOM）的生產(chǎn)。

1.像控及區(qū)域網(wǎng)平差

集群式多源影像處理系統(tǒng)區(qū)域網(wǎng)平差模塊，利用有理多項(xiàng)式模型，提供同軌、異軌立體模型、長(zhǎng)條帶衛(wèi)星影像定向處理，支持無(wú)控、稀少控制和常規(guī)控制條件下的平差解算。

針對(duì)本次的構(gòu)成立體像對(duì)的兩景全色Worldview試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用采集控制點(diǎn)及自動(dòng)匹配連接點(diǎn)的方式，基于RPC模型進(jìn)行平差?？刂泣c(diǎn)數(shù)據(jù)外業(yè)控制，共8個(gè)（注：有效點(diǎn)6個(gè)，其中由于時(shí)像差異P04、P05兩個(gè)點(diǎn)位置不能識(shí)別，其中布設(shè)控制點(diǎn)5個(gè)，檢查點(diǎn)1個(gè)），同時(shí)在影像重疊區(qū)采集9個(gè)連接點(diǎn)，保證相對(duì)定向關(guān)系，點(diǎn)位分布及平差精度報(bào)告如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)區(qū)定向點(diǎn)位分布圖（紅色表示控制點(diǎn)，綠色表示連接點(diǎn)，藍(lán)色表示檢查點(diǎn)）

對(duì)軟件自動(dòng)匹配的連接點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)抽取檢查，對(duì)自動(dòng)匹配的連接點(diǎn)精度進(jìn)行檢查（平差精度見(jiàn)表1），精度較高，點(diǎn)位分布合理，滿足區(qū)域網(wǎng)平差連接的要求。具體如圖2-圖3所示：

圖2 自動(dòng)匹配連接點(diǎn)精度1

圖3 自動(dòng)匹配連接點(diǎn)精度2

表1 試驗(yàn)區(qū)平差精度報(bào)告

加密點(diǎn)像點(diǎn)誤差 像方X（像素） 像方Y(jié)（像素） X方向殘差（像素） Y方向殘差（像素）1 12845.896 10711.749 23378.843 10995.663 1635.253 21308.13 12821.234 988.775 12027.318 21216.572 1827.432 21426.832 23524.931 1663.085 23136.766 1697.268 1404.092 0.146 23584.448 0.009 1868.922 0.01 12595.058 0.352 12706.069 0.015 1584.934 -0.015 23250.308 -0.114 23748.048 -0.029 2087.321 0.004 0.038 0.023 0.008 0.071 0.006 -0.262 0.082 0.013 0.012 0.127 -0.003 0.179 -0.026 0.034 0.003 0.049 0.008 0.196 -0.022 1 -0.006 1 -0.086 1 -0.022 1 0.007 1 0.015 1 -0.019 1 -0.012 1 0.356控制點(diǎn)精度 點(diǎn)名 經(jīng)度（度） 緯度（度） 高程（米）X方向殘差（米）Y方向殘差（米）XY殘差（米）高程殘差（米）P01 P02 P03 A8中誤差112.5685936 112.6857096 112.6131109 112.68 37.79744085 37.7934146 37.75793271 37.6957 755.7 854.8 756.038 765.1 -0.014028437 -0.145797847 0.4822874490 -0.811884101 0.120283378 -0.263847758 0.203922368 -0.196613229 0.121098671 0.301450911 0.524168118 0.835351756 0.5533 -1.3205 1.0065 -1.2516 0.236 0.302 0.948檢查點(diǎn)精度 點(diǎn)名 經(jīng)度（度） 緯度（度） 高程（米）高程殘差（米）P04 P05 X方向殘差（米）Y方向殘差（米）XY殘差（米）112.6479146 112.5703187 37.73661563 37.74246129 766.105 752.993 -0.110 0.356 -0.424 -0.081 0.438 0.365 1.429 1.634中誤差0.263 0.305 0.403 1.535

2.自動(dòng)DEM生產(chǎn)

集群式多源影像處理系統(tǒng)提供自動(dòng)、高效的DSM匹配技術(shù)，能夠快速獲取測(cè)區(qū)DSM點(diǎn)云數(shù)據(jù)。系統(tǒng)根據(jù)不同數(shù)據(jù)源的處理特點(diǎn)和不同作業(yè)需求，為用戶提供業(yè)務(wù)流的作業(yè)方式。整個(gè)作業(yè)過(guò)程采用流程化、一鍵式的作業(yè)，用戶只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置，無(wú)需人工干預(yù)與等待，節(jié)省了項(xiàng)目時(shí)間。

本次DEM自動(dòng)生產(chǎn)流程作業(yè)方案，如圖4所示：

圖4 DEM自動(dòng)生產(chǎn)作業(yè)方案-衛(wèi)片全流程

試驗(yàn)區(qū)共有1對(duì)立體模型完成自動(dòng)DSM匹配并最終生成完整的DEM。圖5為這對(duì)立體像對(duì)5米格網(wǎng)的自動(dòng)DEM成果。

圖5 5米格網(wǎng)自動(dòng)DEM生產(chǎn)效果圖

圖6 中心城區(qū)

圖7 水體

圖8 建筑

圖9 立交橋

（2）DOM裁切

將整景影像按1∶10000標(biāo)分幅外擴(kuò)50米進(jìn)行裁切分幅。

（3）成果輸出

DEM和DOM都為西安坐標(biāo)系—1980 114°帶成果。

DEM以BIL的格式整塊輸出命名為：DemMosaicResult.bil。格網(wǎng)間距為：5×5米。

全色影像以TIF+TFW格式輸出；像元大小為0.5米；數(shù)據(jù)類型為：Unsigned 6-bit。

影像命名都為：1∶10000標(biāo)分幅圖號(hào)。

4.精度檢查

本次對(duì)Worldview數(shù)據(jù)DOM成果進(jìn)行檢查，具體DOM成果檢查內(nèi)容如下：

（1）圖面效果檢查

對(duì)DOM成果進(jìn)行色彩（偏色、色差等）、地物扭曲、地物拉花、地物錯(cuò)位等檢查，自動(dòng)化處理的DOM成果圖面效果較好，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

（2）平面精度檢查

進(jìn)行DOM精度檢查，共有6個(gè)檢查點(diǎn)（注：將控制點(diǎn)作為DOM檢查點(diǎn)，但由于控制點(diǎn)與DOM成果投影不同，原始控制點(diǎn)由WGS 84/UTM zone 49N，投影變換現(xiàn)轉(zhuǎn)為CGCS 2000/Gauss-Kruger CM 114E成果坐標(biāo)系）。檢查點(diǎn)分布圖以及每個(gè)檢查點(diǎn)的殘差和整體中誤差如圖10所示：

圖10 DOM質(zhì)量檢查點(diǎn)分布圖

表2 檢查點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)表

從表2可以看出，由自動(dòng)DOM生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)自動(dòng)DOM生產(chǎn)，其中檢查點(diǎn)最大殘差0.49米，平均中誤差0.40米。

四、精度分析及結(jié)論

本次誤差統(tǒng)計(jì)采用外業(yè)實(shí)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢查，點(diǎn)數(shù)總共55個(gè)。

外業(yè)點(diǎn)采用GPS-RTK測(cè)得，誤差±2厘米，點(diǎn)位分布也較為均勻，可以真實(shí)反映檢驗(yàn)成果的精度。

利用這55個(gè)點(diǎn)我們分別對(duì)Worldview衛(wèi)星的DOM及DLG成果進(jìn)行了誤差統(tǒng)計(jì)。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 檢查點(diǎn)誤差統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)誤差統(tǒng)計(jì)可知用0.5米分辨率的Worldview衛(wèi)星影像生產(chǎn)1∶10000地形圖是可以完全滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的。通過(guò)這次生產(chǎn)試驗(yàn)，充分檢驗(yàn)了山西省基礎(chǔ)地理信息院的處理衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的能力，同時(shí)為以后衛(wèi)星數(shù)據(jù)的生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【1】CH/T 1015.1-2007《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品1∶10000、1∶50000生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程第1部分：數(shù)字線劃圖（DLG）》.

【2】CH/T 1015.3－2007《基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品1∶10000、1∶50000生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程第三部分：數(shù)字正射影像圖（DOM）》.

【3】GB/T 23236-2009《數(shù)字航空攝影測(cè)量 空中三角測(cè)量規(guī)范》.

【4】GB/T 18314-2009《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》.

李永軍（1974年——），男，山西曲沃人，工程師，1998年畢業(yè)于哈爾濱工程高等?？乒こ虦y(cè)量專業(yè)，現(xiàn)在山西省基礎(chǔ)地理信息院工作，主要負(fù)責(zé)分院技術(shù)及管理工作。

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2095-7319（2014）02-0066-07