汪韜陽(yáng),張 過(guò),,李德仁,江萬(wàn)壽,唐新明,劉學(xué)林

1．武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430079;2．國(guó)家測(cè)繪地理信息局衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用中心,北京 100830;3．湖南省測(cè)繪科技研究所,湖南長(zhǎng)沙 410018

資源三號(hào)測(cè)繪衛(wèi)星影像平面和立體區(qū)域網(wǎng)平差比較

汪韜陽(yáng)1,張 過(guò)1,2,李德仁1,江萬(wàn)壽1,唐新明2,劉學(xué)林3

1．武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430079;2．國(guó)家測(cè)繪地理信息局衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用中心,北京 100830;3．湖南省測(cè)繪科技研究所,湖南長(zhǎng)沙 410018

針對(duì)弱交會(huì)條件下衛(wèi)星遙感影像區(qū)域網(wǎng)平差無(wú)法正確求解的問(wèn)題,提出利用數(shù)字高程模型(DEM)作為高程約束的平面區(qū)域網(wǎng)平差方法提高其對(duì)地目標(biāo)定位精度的策略。首先,選取帶仿射變換項(xiàng)的有理函數(shù)模型(RFM)作為衛(wèi)星影像平面區(qū)域網(wǎng)平差的數(shù)學(xué)模型。其次,在平差過(guò)程中更新連接點(diǎn)的地面坐標(biāo)時(shí)僅求解地面點(diǎn)的平面坐標(biāo),高程值利用DEM進(jìn)行內(nèi)插獲得。最后,在布設(shè)少量控制點(diǎn)的情況下通過(guò)平面區(qū)域網(wǎng)平差求解所有參與平差的衛(wèi)星影像定向參數(shù)和連接點(diǎn)的地面平面坐標(biāo)。利用兩個(gè)地區(qū)的資源三號(hào)正視影像的平面區(qū)域網(wǎng)平差以及前正后三視影像的立體區(qū)域網(wǎng)平差的對(duì)比試驗(yàn)表明,對(duì)于資源三號(hào)衛(wèi)星影像在1∶50 000 DEM的支持下,平面平差可以達(dá)到和立體平差相當(dāng)平面精度。對(duì)于近似垂直正視的資源三號(hào)影像,全球1 km格網(wǎng)的DEM和90 m格網(wǎng)的SRTM可以取代1∶50 000 DEM作為高程控制,平面精度幾乎沒(méi)有損失。試驗(yàn)結(jié)果證明了平面區(qū)域網(wǎng)平差方法的有效性和可行性。

資源三號(hào)測(cè)繪衛(wèi)星影像;立體區(qū)域網(wǎng)平差;平面區(qū)域網(wǎng)平差;精度

1 引 言

隨著第一顆民用高分辨率立體測(cè)繪衛(wèi)星資源三號(hào)的發(fā)射,我國(guó)的高分辨率對(duì)地觀測(cè)能力正在逐步增強(qiáng)[1-2]。衛(wèi)星影像的區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)是衛(wèi)星影像稀少控制點(diǎn)條件下精確幾何定位的一種重要手段,區(qū)域網(wǎng)平差的精度直接決定了后續(xù)測(cè)繪生產(chǎn)產(chǎn)品的精度。國(guó)家測(cè)繪地理信息局啟動(dòng)的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中明確提出了“要建成全國(guó)范圍1∶50 000比例尺,重點(diǎn)區(qū)域優(yōu)于1∶10 000比例尺的地表三維立體系統(tǒng),形成二、三維一體化、高精度、全覆蓋、空間連續(xù)的全國(guó)地理國(guó)情一張圖”。作為地理國(guó)情監(jiān)測(cè)最重要的數(shù)據(jù)源——高分辨率衛(wèi)星遙感影像,首先要解決的核心問(wèn)題是衛(wèi)星遙感影像區(qū)域網(wǎng)平差所解算的影像定向精度。目前,衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)平差方式都是基于影像間重疊區(qū)域內(nèi)同名光線對(duì)對(duì)相交這一基本光線交會(huì)的原理來(lái)構(gòu)建區(qū)域網(wǎng),且在具有良好的幾何交會(huì)條件下進(jìn)行的立體區(qū)域網(wǎng)平差,對(duì)此國(guó)內(nèi)外的很多專家學(xué)者都進(jìn)行了大量研究。

在利用嚴(yán)密成像幾何模型進(jìn)行衛(wèi)星影像立體區(qū)域網(wǎng)平差方面,文獻(xiàn)[3]提出了PPM(piecewise polynomial model)模型并將其應(yīng)用在TLS和MOMS-02影像的區(qū)域網(wǎng)平差,取得了子像素級(jí)的精度。文獻(xiàn)[4]針對(duì)VIR和SAR影像的多源遙感影像聯(lián)合平差,有效地合并了嚴(yán)密成像幾何模型中的強(qiáng)相關(guān)項(xiàng),提出了TM(Toutin's model)模型,亦取得了很好的效果。文獻(xiàn)[5]將擴(kuò)展共線方程和定向片模型分別成功地應(yīng)用于SPOT-5和MOMS-02影像。文獻(xiàn)[6]根據(jù)EFP(equivalent frame photo)原理提出了衛(wèi)星遙感三線陣CCD影像光束法平差的控制方案和CCD相機(jī)的改善措施。文獻(xiàn)[7]提出了針對(duì)長(zhǎng)條帶衛(wèi)星遙感影像的區(qū)域網(wǎng)平差方法。就利用通用幾何模型進(jìn)行衛(wèi)星遙感影像區(qū)域網(wǎng)平差而言,最具代表性的通用幾何模型為有理函數(shù)模型(rational function model,RFM)[8]。RFM模型是對(duì)嚴(yán)密成像幾何模型的高精度近似,可以適用于任意航天傳感器平臺(tái)。文獻(xiàn)[9]將其應(yīng)用于IKONOS影像的區(qū)域網(wǎng)平差,取得了平面和高程均優(yōu)于±1像素的定位精度。文獻(xiàn)[10]在進(jìn)行IKONOS影像的區(qū)域網(wǎng)平差研究中,證明了RFM模型比嚴(yán)密幾何模型更加穩(wěn)定,并且在精度上能夠達(dá)到一致的水平。文獻(xiàn)[11]將RFM模型用于SPOT-5 HRS立體影像對(duì)的平差,在缺少控制點(diǎn)情況下得到了很好的平差精度。文獻(xiàn)[12]將RFM模型應(yīng)用于SPOT-5 HRS立體影像的區(qū)域網(wǎng)平差,僅用少量控制點(diǎn)就可滿足我國(guó)西部1∶50 000地形圖測(cè)繪的要求。文獻(xiàn)[13]利用RFM模型對(duì)資源三號(hào)衛(wèi)星影像進(jìn)行立體平差,在四角布控方案下獲得了平面3．2 m、高程1．8 m的精度。

以上的研究均是在衛(wèi)星影像具有良好的交會(huì)條件下進(jìn)行的。但是,地理國(guó)情監(jiān)測(cè)以及國(guó)土二調(diào)等項(xiàng)目中的需求是進(jìn)行大區(qū)域影像的正射糾正以及保障糾正后正射影像間的拼接精度。在該方面,如果已經(jīng)有該區(qū)域的DEM,一般采用正視影像進(jìn)行正射糾正并基于此影像進(jìn)行拼接。在這種情況下,參與糾正處理的衛(wèi)星影像重疊區(qū)域均較小且交會(huì)角也非常之小(一般情況下小于10°),難以構(gòu)成立體影像對(duì),即呈現(xiàn)弱交會(huì)狀態(tài)。在這種情況下,針對(duì)良好交會(huì)條件下的衛(wèi)星影像立體區(qū)域網(wǎng)平差方法無(wú)法滿足精度需求。

基于大區(qū)域正射糾正中所遇到的實(shí)際問(wèn)題出發(fā),本文提出了弱交會(huì)條件下衛(wèi)星影像平面區(qū)域網(wǎng)平差的方法,推導(dǎo)了衛(wèi)星影像平面區(qū)域網(wǎng)平差的誤差方程,設(shè)計(jì)了平面區(qū)域網(wǎng)平差的解算流程。在此基礎(chǔ)上,為了驗(yàn)證本文所提出平面區(qū)域網(wǎng)平差方案的有效性和可行性,采用資源三號(hào)三線陣全色影像中的正視影像和三線陣影像進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果證明了本文所提出的衛(wèi)星影像平面區(qū)域網(wǎng)平差可以達(dá)到與立體區(qū)域網(wǎng)平差相當(dāng)?shù)钠矫婢取?/p>

2 弱交會(huì)條件下平面區(qū)域網(wǎng)平差的基本原理

2．1 衛(wèi)星影像平面區(qū)域網(wǎng)平差的數(shù)學(xué)模型

考慮到衛(wèi)星拍攝時(shí)的長(zhǎng)焦距和窄視場(chǎng)角導(dǎo)致近似平行投影的特點(diǎn),在基于嚴(yán)密幾何成像模型的衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)平差時(shí)會(huì)造成定向參數(shù)之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。因而,利用嚴(yán)密幾何成像模型處理高分辨率衛(wèi)星影像雖然在理論上嚴(yán)密,但其優(yōu)越性卻往往被求解參數(shù)眾多、數(shù)值解算不穩(wěn)定等缺點(diǎn)所淹沒(méi)[12]。文獻(xiàn)[10,13]的研究表明利用RFM進(jìn)行衛(wèi)星影像的區(qū)域網(wǎng)平差,其精度能夠達(dá)到基于嚴(yán)密幾何模型的區(qū)域網(wǎng)平差精度。再加之RFM具有形式簡(jiǎn)單和計(jì)算速度快等優(yōu)勢(shì),綜上所述,平面平差選擇RFM作為平差的幾何處理模型。

RFM是將像點(diǎn)坐標(biāo)(r,c)表示為含地面點(diǎn)坐標(biāo)(X,Y,Z)的多項(xiàng)式的比值[7,14],一般形式為

式中,多項(xiàng)式pi(i＝1,2,3,4)中每一項(xiàng)的各個(gè)坐標(biāo)分量Xn、Yn、Zn的冪次及其冪之和最大不超過(guò)3。

2．2 弱交會(huì)條件下的平面區(qū)域網(wǎng)平差

參與區(qū)域網(wǎng)平差的衛(wèi)星影像間交會(huì)角較小(小于10°)時(shí),一般稱之為弱交會(huì)條件。此時(shí),若采用傳統(tǒng)的衛(wèi)星影像平差方式會(huì)造成平差結(jié)果不收斂、連接點(diǎn)處高程求解異常等問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,筆者對(duì)弱交會(huì)條件下衛(wèi)星影像的平面平差進(jìn)行了深入的研究。衛(wèi)星影像的平面平差是指在區(qū)域網(wǎng)平差過(guò)程中不求解連接點(diǎn)地面坐標(biāo)的高程值,僅計(jì)算衛(wèi)星影像的定向參數(shù)和連接點(diǎn)物方平面坐標(biāo)的一種區(qū)域網(wǎng)平差方式[15],這種平差方式可以保證平差解算的穩(wěn)定以及平差后物方點(diǎn)平面坐標(biāo)的精度。與基于RFM的立體區(qū)域網(wǎng)平差類似,平面區(qū)域網(wǎng)平差并不改正RPC參數(shù)(rational polynomial coefficients,RPCs),而是僅僅改正RPC模型的系統(tǒng)誤差補(bǔ)償參數(shù)。RPC模型的系統(tǒng)誤差補(bǔ)償模式可以分為物方補(bǔ)償和像方補(bǔ)償兩種方案[16]。研究表明,基于像方補(bǔ)償方案能夠很好地消除影像的系統(tǒng)誤差[17],從而提高基于RFM的影像幾何處理精度。

基于像方的系統(tǒng)誤差補(bǔ)償模型中最為常用的是仿射變換模型,即6個(gè)未知數(shù),最少需要3個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)求解。利用一個(gè)控制點(diǎn)可以求解偏移參數(shù),即e0和f0,這樣幾乎可以吸收大部分的誤差。利用兩個(gè)控制點(diǎn)即可同時(shí)求解平移和漂移(由于陀螺隨時(shí)間漂移等引起)量

式中,line和sample為由RFM計(jì)算得到的影像坐標(biāo);(e0,e1,e2)和(f0,f1,f2)為仿射變換系數(shù);Δr、Δc為像方改正值[18]。

在式(1)和式(2)的基礎(chǔ)上,將像方補(bǔ)償?shù)姆律漤?xiàng)參數(shù)(e0,e1,e2)和(f0,f1,f2)作為未知數(shù)與地面點(diǎn)平面坐標(biāo)(X,Y)等未知數(shù)一并求解,即得到基于RFM模型的區(qū)域網(wǎng)平差誤差方程式

式中,ΔX、ΔY為待定點(diǎn)的地面坐標(biāo)改正數(shù)。

在每次平差結(jié)束之后得到連接點(diǎn)新的物方平面坐標(biāo),此時(shí)加入數(shù)字高程模型DEM作為高程約束,在連接點(diǎn)處通過(guò)DEM內(nèi)插該點(diǎn)的地面點(diǎn)坐標(biāo)高程值Z(而非通過(guò)多片前方交會(huì)得到),將其與平面坐標(biāo)(X,Y)一起代入平差系統(tǒng)中進(jìn)行下一次迭代計(jì)算,直到整個(gè)平差過(guò)程收斂。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3．1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

筆者采用經(jīng)過(guò)幾何檢校的[19]資源三號(hào)測(cè)繪衛(wèi)星的傳感器校正產(chǎn)品[20]作為試驗(yàn)數(shù)據(jù),包含影像和RPC參數(shù)。

采用兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)數(shù)據(jù),分別為黑龍江省的齊齊哈爾測(cè)區(qū)和陜西省的渭南測(cè)區(qū)。齊齊哈爾測(cè)區(qū)范圍為122．107°E—124．614°E,45．082°N—48．723°N,試驗(yàn)區(qū)的地貌包括平原和山地,平原為主,高程范圍130～300 m。該測(cè)區(qū)共有5軌數(shù)據(jù),每軌分別含有1景前、后、正視全色影像,共15幅影像。其中有2景是長(zhǎng)條帶影像數(shù)據(jù)(沿軌方向分別為2、3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)景),該測(cè)區(qū)的內(nèi)設(shè)置了73個(gè)均勻分布的控制點(diǎn)。

陜西渭南測(cè)區(qū)范圍為107．738°E—109．335°E 和33．983°N—35．316°N。試驗(yàn)區(qū)地勢(shì)南北高,中間低,東西開(kāi)闊。按地表形態(tài)可粗分為山地、平原兩大土地類型,平原為主。該測(cè)區(qū)共有3軌數(shù)據(jù),每軌分別含有3景前、后、正視全色影像,共27幅影像。該測(cè)區(qū)同樣采用人工量測(cè)的方式刺了52個(gè)控制點(diǎn)。

試驗(yàn)區(qū)基本參數(shù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)區(qū)基本參數(shù)Tab．1 Basic parameters of test area

所有在影像上量測(cè)的控制點(diǎn)均為明顯地物點(diǎn),如道路交叉口、房屋拐角點(diǎn)等,通過(guò)人工比對(duì)控制影像和資源三號(hào)衛(wèi)星影像上的同名點(diǎn)得到。控制影像滿足1∶10 000國(guó)家基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)成果的精度,平面位置精度為±5 m,高程值是通過(guò)1∶50 000 DEM內(nèi)插獲得的。但是本測(cè)區(qū)控制點(diǎn)片對(duì)應(yīng)的影像分辨率差異較大,這對(duì)于資源三號(hào)衛(wèi)星2．1 m的分辨率會(huì)導(dǎo)致控制點(diǎn)不易識(shí)別(高分辨率影像上的地物在資源三號(hào)衛(wèi)星影像上對(duì)應(yīng)的位置較難準(zhǔn)確找到),且部分控制點(diǎn)布設(shè)在圍墻角、房頂?shù)绕鸱^大區(qū)域,刺點(diǎn)精度在±1個(gè)像素甚至更低。圖1中左影像為1∶10 000測(cè)圖的控制影像,其影像上可識(shí)別地物遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于資源三號(hào)影像(右影像)上的地物,這種分辨率不一致給控制點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)量測(cè)帶來(lái)了一定的精度損失。

圖1 控制點(diǎn)在控制影像與資源三號(hào)影像上對(duì)比Fig．1 Comparison of GCP in the control image and ZY-3 image

3．2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為了比較和驗(yàn)證資源三號(hào)影像的平面區(qū)域網(wǎng)平差和立體區(qū)域網(wǎng)平差的精度差異,以及不同精度的DEM對(duì)平面區(qū)域網(wǎng)平差精度的影響,每個(gè)試驗(yàn)區(qū)域在同一套控制數(shù)據(jù)和同一套檢查數(shù)據(jù)的保障下,主要采用以下幾種方案進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn):

試驗(yàn)1:平面區(qū)域網(wǎng)平差與立體區(qū)域網(wǎng)平差對(duì)比試驗(yàn),平面區(qū)域網(wǎng)平差采用1∶50 000 DEM作為高程約束,格網(wǎng)大小是25 m×25 m。該試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱蓑?yàn)證弱交會(huì)條件下的平面區(qū)域網(wǎng)平差和立體區(qū)域網(wǎng)平差所能達(dá)到的平面精度。

方案1:僅采用資源三號(hào)衛(wèi)星的正視影像進(jìn)行無(wú)控制點(diǎn)的自由網(wǎng)平面區(qū)域網(wǎng)平差,所有的控制點(diǎn)都作為獨(dú)立檢查點(diǎn)。

方案2:僅采用資源三號(hào)衛(wèi)星的正視影像進(jìn)行帶控制點(diǎn)的區(qū)域網(wǎng)平面區(qū)域網(wǎng)平差,在區(qū)域中均勻分布稀少的控制點(diǎn),其余控制點(diǎn)作為獨(dú)立檢查點(diǎn)。

方案3:采用資源三號(hào)衛(wèi)星的前正后視影像進(jìn)行無(wú)控制點(diǎn)的自由網(wǎng)立體區(qū)域網(wǎng)平差,所有的控制點(diǎn)都作為獨(dú)立檢查點(diǎn)。

方案4:采用資源三號(hào)衛(wèi)星的前正后視影像進(jìn)行帶控制點(diǎn)的區(qū)域網(wǎng)立體區(qū)域網(wǎng)平差,在區(qū)域中均勻分布稀少的控制點(diǎn),其余控制點(diǎn)作為獨(dú)立檢查點(diǎn)。

試驗(yàn)2:驗(yàn)證不同DEM精度對(duì)平差區(qū)域網(wǎng)精度的影響。該試驗(yàn)僅采用資源三號(hào)正視影像,其目的是為了驗(yàn)證平面平差所需要DEM的精度,以及DEM精度對(duì)最終平面平差精度的影響。

方案1:采用全球SRTM作為高程控制,格網(wǎng)大小是90 m×90 m,無(wú)控制點(diǎn)的自由網(wǎng)平面平差。

方案2:采用全球SRTM作為高程控制,格網(wǎng)大小是90 m×90 m,帶控制點(diǎn)的控制網(wǎng)平面平差。

方案3:采用全球DEM作為高程控制,格網(wǎng)大小是1000 m×1000 m,無(wú)控制點(diǎn)的自由網(wǎng)平面平差。

方案4:采用全球DEM作為高程控制,格網(wǎng)大小是1000 m×1000 m,帶控制點(diǎn)的控制網(wǎng)平面平差。

3．3 立體與平面區(qū)域網(wǎng)平差對(duì)比試驗(yàn)

采用3．2節(jié)所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案,進(jìn)行了資源三號(hào)立體和平面區(qū)域網(wǎng)平差的對(duì)比試驗(yàn),依據(jù)檢查點(diǎn)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果列于表2。

表2 資源三號(hào)立體平差和平面平差的比較Tab．2 Comparison of the results of plane and stereo block adjustment for ZY-3 images

從表2的結(jié)果可以看出,無(wú)論是平面平差或是立體平差,從自由網(wǎng)平差后檢查點(diǎn)的殘差來(lái)看均帶有明顯的系統(tǒng)性,即檢查點(diǎn)殘差的大小和方向在圖中表現(xiàn)得較為一致,如圖2和圖4所示。在測(cè)區(qū)內(nèi)分別布設(shè)了少量控制點(diǎn)后再進(jìn)行帶控制的區(qū)域網(wǎng)平差,此時(shí)通過(guò)控制點(diǎn)確定了平差的空間基準(zhǔn),并經(jīng)最小二乘法則將誤差進(jìn)行了合理的配賦,再通過(guò)迭代計(jì)算使各點(diǎn)較好地收斂到一個(gè)最或是位置,從而明顯提高了影像間的連接點(diǎn)和獨(dú)立檢查點(diǎn)的空間位置精度,如圖3和圖5。

圖2 齊齊哈爾測(cè)區(qū)自由網(wǎng)平差檢查點(diǎn)的殘差分布圖Fig．2 Residual distribution of check points of free network adjustment in Qiqihar

圖3 齊齊哈爾測(cè)區(qū)控制網(wǎng)平差檢查點(diǎn)的殘差分布圖Fig．3 Residual distribution of check points of control network adjustment in Qiqihar

圖4 渭南測(cè)區(qū)自由網(wǎng)平差檢查點(diǎn)的殘差分布圖Fig．4 Residual distribution of check points of free network adjustment in Weinan

圖5 渭南測(cè)區(qū)控制網(wǎng)平差檢查點(diǎn)的殘差分布圖Fig．5 Residual distribution of check points of control network adjustment in Weinan

其次,分別比較齊齊哈爾和陜西渭南兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)的結(jié)果不難發(fā)現(xiàn),每個(gè)試驗(yàn)區(qū)在同一套控制和檢查體系下,平面平差和立體平差所能達(dá)到的平面精度是一致的。這說(shuō)明,在弱交會(huì)下的平面區(qū)域網(wǎng)平差中,DEM的作用相當(dāng)于三線陣平差中的前后視影像所起到的高程約束作用。試驗(yàn)驗(yàn)證了平面區(qū)域網(wǎng)平差的平面精度能達(dá)到立體平差平面精度相當(dāng)?shù)乃健?/p>

3．4 不同精度DEM支持下平面平差試驗(yàn)

對(duì)比表2和表3的結(jié)果中可以看出,在平面區(qū)域網(wǎng)平差中,連接點(diǎn)的高程控制無(wú)論是選擇全球1000 m格網(wǎng)的DEM、90 m格網(wǎng)SRTM還是25 m格網(wǎng)的1∶50 000 DEM,均可以獲得一致的平面精度。這是因?yàn)閰⑴c平面區(qū)域網(wǎng)平差的資源三號(hào)影像僅采用的是近似于垂直觀測(cè)的正視全色影像,地形起伏引起的投影差非常小。對(duì)于資源三號(hào)正視全色影像,全球1000 m格網(wǎng)的DEM和90 m格網(wǎng)的SRTM可以起到同樣高程約束的效果,并不會(huì)造成平面區(qū)域平差后檢查點(diǎn)平面精度的下降。若對(duì)于側(cè)擺角較大的衛(wèi)星影像,平面區(qū)域網(wǎng)平差還是建議采用精度較高的DEM數(shù)據(jù)作為高程約束。

此外,由于平面平差中采用的DEM高程值均是不包含人工建筑的高度值的,因此在進(jìn)行平面平差時(shí)控制點(diǎn)以及影像間的連接點(diǎn)一般不要選擇在人工建筑上或者其附近。這是因?yàn)槠矫嫫讲顣r(shí)地面點(diǎn)高程的初始值非常重要,若所賦地面點(diǎn)高程的初始值較差,該點(diǎn)通過(guò)迭代計(jì)算后可能無(wú)法收斂,導(dǎo)致平差發(fā)散。同理,地形陡峭以及地形變化劇烈的位置不能選擇控制點(diǎn)和檢查點(diǎn)。

表3 不同精度的DEM對(duì)平差結(jié)果的影響Tab．3 Results of plane block adjustment with different DEMs for ZY-3 images

4 結(jié) 論

采用本文提出的弱交會(huì)條件下衛(wèi)星影像平面區(qū)域網(wǎng)平差的方法,分別對(duì)兩個(gè)不同地形區(qū)域的資源三號(hào)衛(wèi)星正視全色影像進(jìn)行了試驗(yàn),并將其結(jié)果與資源三號(hào)衛(wèi)星前正后三線陣立體平差的結(jié)果進(jìn)行了比較。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí):

(1)針對(duì)弱交會(huì)條件下衛(wèi)星影像立體平差無(wú)法正確求解的問(wèn)題,采用本文提出的平面平差方法是必要的,而且也是可行的。

(2)在同一個(gè)區(qū)域采用相同的控制和檢查體系的前提下,無(wú)論是自由網(wǎng)還是控制網(wǎng),平面平差能夠達(dá)到與立體平差相當(dāng)?shù)奈锓狡矫婢取?/p>

(3)對(duì)于資源三號(hào)正視影像進(jìn)行平面平差,利用1000 m格網(wǎng)、90 m格網(wǎng)和25 m格網(wǎng)的DEM作為平差過(guò)程中的高程約束,均可以保證平面區(qū)域網(wǎng)平差達(dá)到一致的精度。

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(責(zé)任編輯:叢樹(shù)平)

Comparison between Plane and Stereo Block Adjustment for ZY-3 Satellite Images

WANG Taoyang1,ZHANG Guo1,2,LI Deren1,JIANG Wanshou1,TANG Xinming2,LIU Xuelin3
1．State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying,Mapping and Remote Sensing,Wuhan University, Wuhan 430079,China;2．Satellite Surveying and Mapping Application Center,National Administration of Surveying,Mapping and Geoinformation,Beijing 100083,China;3．Hunan Provincial Mapping and Science and Technology Investigation Insitute,Changsha 410018,China

In response to the problem that block adjustment for satellite images cannot be solved with weak convergence geometric conditions,a plane block adjustment method is proposed that utilizing DEM as height constraint plane block adjustment method to improve the targeting precision of images．First,rational function model(RFM)with affine transformation is selected as the mathematical model of the satellite image plane block adjustment．Second,to update the ground coordinates of tie points(TPs),the plane coordinates of TPs are only solved in the adjustment process．Elevation values obtained using DEM interpolation．Finally,the plane coordinates of all TPs and orientation parameters of all satellite images are solved through plane block adjustment with a few ground control points(GCPs)．ZY-3 nadir images of two regions are tested for plane block adjustment and ZY-3 forward-nadir-back images of the same two regions are tested for stereo block adjustment．Comparison indicates that almost the same accuracy can be obtained by plane block adjustment support with 1∶50 000 DEM and stereo block adjustment for ZY-3 images．For ZY-3 nadir images,when global DEM with 1 km grid and SRTM with 90 m grid replaced 1∶50 000 DEM as elevation control,It is almost no loss of accuracy of plane block adjustment The test results proved the effectiveness and feasibility of the plane block adjustment method．

ZY-3 satellite images;stereo block adjustment;plane block adjustment;accuracy

WANG Taoyang(1984—),male, postdoctoral fellow,majors in geometric processing of space-borne optical satellite images．

ZHANG Guo

P237

A

1001-1595(2014)04-0389-08

2012-08-25

汪韜陽(yáng)(1984—),男,博士后,研究方向?yàn)樾禽d光學(xué)影像高精度幾何處理方法。

E-mail:wangtaoyang_1984＠163．com

張過(guò)

E-mail:guozhang＠whu．edu．cn

WANG Taoyang,ZHANG Guo,LI Deren,et al．Comparison between Plane and Stereo Block Adjustment for ZY-3 Satellite Images[J]．Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2014,43(4):389-395．(汪韜陽(yáng),張過(guò),李德仁,等．資源三號(hào)測(cè)繪衛(wèi)星影像平面和立體區(qū)域網(wǎng)平差比較[J]．測(cè)繪學(xué)報(bào),2014,43(4):389-395．)

10．13485/j．cnki．11-2089．2014．0058

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2011BAB01B01;2012BAH28B04)

修回日期:2013-06-03