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        基于高分辨率衛(wèi)星的DOM 數(shù)據(jù)制作流程研究

        2015-11-25 09:07:10
        城市地理 2015年16期
        關(guān)鍵詞:衛(wèi)片等高線測繪

        申 健

        (解放軍61112 部隊,黑龍江 牡丹江 157000)

        1.引言

        資源三號衛(wèi)星歷經(jīng)三年多深化論證,經(jīng)過近四年研究開發(fā),于2012年1月9日在太原發(fā)射場發(fā)射成功。衛(wèi)星工程突破了諸多技術(shù)難題,是我國首顆民用高分辨率立體測圖衛(wèi)星,衛(wèi)星在軌測試和前期運行表明,資源三號是目前我國綜合精度最高的遙感測繪衛(wèi)星,多項技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到或優(yōu)于國外同類型的測繪衛(wèi)星。

        DOM,是數(shù)字正射影像圖(Digital Orthophoto Map)的縮寫,是利用DE M 對航空或航天影像經(jīng)逐像元進(jìn)行輻射改正、微分糾正和鑲嵌,并按規(guī)定圖幅范圍裁剪生成的形象數(shù)據(jù),帶有公里格網(wǎng)、圖廓(內(nèi)、外)整飾和注記的平面圖。它可作為背景控制信息,評價其它數(shù)據(jù)的精度、現(xiàn)實性和完整性,也可從中提取自然資源和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展信息,為防災(zāi)治害和公共設(shè)施建設(shè)規(guī)劃等應(yīng)用提供可靠依據(jù)。

        雖然利用資源三號衛(wèi)星影像生產(chǎn)1:1萬基礎(chǔ)測繪山地及高山地的系列產(chǎn)品已在一些生產(chǎn)單位投入使用,但其生產(chǎn)的產(chǎn)品精度亦待檢測。本文將結(jié)合兩個1:1萬基礎(chǔ)測繪項目針對利用資源三號衛(wèi)星影像生產(chǎn)1:1萬基礎(chǔ)測繪DOM 的精度進(jìn)行初步探索。

        2.資三影像及PixelGrid 簡介

        2.1 資三影像簡介

        資源三號測繪衛(wèi)星,簡稱ZY3,是中國第一顆民用高分辨率光學(xué)傳輸型測繪衛(wèi)星。

        以往航空攝影,受天氣因素影響很大,比如有雨的天氣就不能拍攝,導(dǎo)致一年成像面積只有70萬到100萬平方公里,而且是把所有比例尺都算上的,而資源三號衛(wèi)星為解決這個矛盾,利用回訪功能,以特區(qū)為單位,可以避開受天氣因素影響的地方選擇其他拍攝地方,并且生成的是一個可量測的實體模型,我們可以通過計算機(jī)直接量測實體模型,不用全部到野外進(jìn)行實地測量,就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集,同時也實現(xiàn)了影像加工和整理的整體數(shù)字化。

        1:1萬基礎(chǔ)測繪所用的資三影像數(shù)據(jù)由國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應(yīng)用中心提供,其坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS84,投影方式是UTM 投影。

        2.2 PixelGrid 簡介

        2.2.1 基本情況

        高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)一體化測圖系統(tǒng)PixelGrid 是由中國測繪科學(xué)研究院自主研發(fā)的“十一五”重大科技成果,獲得2009年度國家測繪科技進(jìn)步一等獎。該軟件是我國西部1:5萬地形圖空白區(qū)測圖工程以及第二次全國土地調(diào)查工程的主力軟件,被譽(yù)為國產(chǎn)的“像素工廠”,可以完成遙感影像從空中三角測量到各種比例尺的DLG、DEM/DSM、DOM 等測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)。

        2.2.2 PixelGrid 制作DOM 的優(yōu)勢

        在利用資三影像制作1:1萬基礎(chǔ)測繪正射影像的項目中,筆者做過多種軟件的實驗及精度檢測,之所以最終選擇Pixel-Grid 系統(tǒng),是因為其基于多基線、多重匹配特征的自動匹配技術(shù)。

        PixelGrid 系統(tǒng)首次提出并研發(fā)了獨特的基于多基線、多重匹配特征的自動匹配技術(shù),采用由粗到細(xì)(coarse-to-fine)的多級影像匹配策略,綜合集成多種成熟的、性能互補(bǔ)的影像匹配算法,在匹配算法的各個子模塊之間進(jìn)行質(zhì)量控制、自動進(jìn)行匹配粗差定位和剔除,充分利用高分辨率遙感影像所提供的新特點 (高信噪比、高反差的影像,高地面覆蓋重疊率等),獲取成像區(qū)域的高精度DEM,有效解決了復(fù)雜地形條件下DEM/DSM 的全自動提取。

        正是因為其基于多基線、多重匹配特征的自動匹配技術(shù),可以全自動提取高精度的DEM,進(jìn)而可以制作出高精度的正射影像,因此才最終選擇它來制作DOM。

        3.制作DOM 流程

        利用PixelGrid 處理資三影像制作DOM,是在資三影像加密得到經(jīng)過各級檢查及修改的成果基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。在制作DOM 時,主要是用PixelGrid 里的“數(shù)字高程模型提取”、“ 正射影像生成拼接”兩個菜單來實現(xiàn)的,通過生成核線影像、匹配種子點線立體量測、自動影像匹配生成高精度的DEM,然后再利用DEM 來生成DOM 并進(jìn)行自動拼接進(jìn)而得到DOM 成果。就整個項目而言,制作DOM 的流程如圖1:

        圖1 資三影像制作DOM 流程

        4.精度評估

        用資三影像生產(chǎn)的DOM 制作完成之后,為了檢測其幾何精度,筆者從像控點的精度比對、用資三影像所測線狀地物與衛(wèi)片DOM 的套合、用航片所測線狀地物與衛(wèi)片DOM 的套合、等高線與衛(wèi)片DOM 的套合等幾個方面進(jìn)行了精度比對。設(shè)計書對于使用資三影像區(qū)域平面精度的要求是“凡是采用資源三號衛(wèi)片的測區(qū),所有地類平面精度放寬0.5 倍”,由此推算區(qū)域網(wǎng)絕對定向中基本定向點在山地與高山地的平面殘差應(yīng)為6.0 米,而衛(wèi)星遙感影像DOM 的平面位置精度根據(jù)《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品1:10 000 1:50 000 生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程第3 部分:數(shù)字正射影像圖(DOM)》5.3a 表述“一般情況下衛(wèi)星遙感影像DOM 的點位中誤差不大于2 個像元”,根據(jù)資三影像資料推算,衛(wèi)片DOM 的平面位置精度應(yīng)為6 米。

        4.1 像控點的精度比對

        像控點的精度對比實際就是計算區(qū)域網(wǎng)絕對定向中基本定向點平面位置的中誤差。兩個生產(chǎn)性試驗項目涉及到用資三影像部分區(qū)域的DOM 制作完成后,筆者將像控點在立體模型里量測的坐標(biāo)與其像控成果坐標(biāo)做了比對,結(jié)果如表1、表2:

        表1 項目之一的像控點平面精度中誤差

        表2 項目之二的像控點平面精度中誤差

        由比對結(jié)果可以看出,像控點的精度是比較理想的。

        4.2 DOM 與線狀地物的精度比對

        4.2.1 DOM 與資三影像所測線狀地物的精度比對

        資三影像加密完成、經(jīng)過各級檢查及修改之后,即投入測圖生產(chǎn),筆者在兩個項目中均勻地選擇了些線狀地物,將其與衛(wèi)片DOM 疊加后發(fā)現(xiàn)套合情況良好,平面位置基本相差在0.5 米~2 米之間,如圖2、圖3、圖4:

        圖2 衛(wèi)片DOM 與衛(wèi)片地物套合1

        圖3 衛(wèi)片DOM 與衛(wèi)片地物套合2

        圖4 衛(wèi)片DOM 與衛(wèi)片地物套合3

        4.2.2 DOM 與航片所測線狀地物的精度比對

        在這次兩個生產(chǎn)性試驗的項目中,有部分圖幅由于是丘陵地或是資三影像未能全覆蓋而選擇航片生產(chǎn),但也有部分資三影像與航片重疊的區(qū)域,筆者在重疊區(qū)域的航片內(nèi)均勻地選擇了些不易發(fā)生變化的線狀地物進(jìn)行測繪,并將測繪的結(jié)果導(dǎo)入資三影像制作的DOM 中進(jìn)行比對,發(fā)現(xiàn)線狀地物與衛(wèi)片DOM套合情況良好,平面位置基本相差在0.5 米~2 米之間,個別相差較大的也在3、4 米左右。

        4.3 DOM 與等高線的精度比對

        對于已經(jīng)測繪完成的等高線,筆者均勻地選擇了山地和高山地的等高線與衛(wèi)片DOM 進(jìn)行套合查看,發(fā)現(xiàn)套合情況良好。根據(jù)多年航測經(jīng)驗,山勢陡峭區(qū)域的等高線,用航片生產(chǎn)出來的DOM 與等高線的套合情況一般都不太理想,而試驗區(qū)域的衛(wèi)片DOM 與等高線的套合精度還是比較理想的,平面位置的套合差也基本都在0.5 米~2 米之間,個別相差較大的也均未超限。等高線與衛(wèi)片DOM 套合例圖如下:

        圖5 衛(wèi)片DOM 與衛(wèi)片等高線套合1

        圖6 衛(wèi)片DOM 與衛(wèi)片等高線套合2

        根據(jù)衛(wèi)片DOM 與各類線狀地物及等高線的對比情況可以看出,其平面位置精度還是比較理想的。而成果DOM 也因反差適中、色調(diào)均勻,質(zhì)量情況表現(xiàn)良好。

        5.總結(jié)

        雖然利用資源三號衛(wèi)星影像及PixelGrid 生產(chǎn)的1:1萬基礎(chǔ)測繪山地及高山地的正射影像在筆者經(jīng)歷的這兩個生產(chǎn)性試驗項目中均得到了比較好的精度評估,但其結(jié)果也只能作為生產(chǎn)當(dāng)中的一種借鑒與參考。在后續(xù)的項目中,筆者將繼續(xù)跟蹤、統(tǒng)計相關(guān)的精度統(tǒng)計,以便在基礎(chǔ)測繪項目及其它項目中更好地利用資源三號衛(wèi)星影像資源,促進(jìn)我國衛(wèi)星事業(yè)的更好發(fā)展。

        [1]中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心網(wǎng)站.2013.

        [2]PixelGrid 軟件用戶手冊.2012.

        [3]廣東測繪院.1:10000 基礎(chǔ)測繪設(shè)計書.2013.

        [4]黨安榮,王曉棟,陳曉峰,張建寶.《遙感圖像處理方法》.清華大學(xué)出版社.2003.

        [5]官云蘭等,《基于ERDAS IMAGINE 的數(shù)字正射影像圖的制作》.測繪通報.2005年第十二期.

        [6]方劍強(qiáng).《生產(chǎn)數(shù)字正射影像圖(DOM)的若干技術(shù)問題探討》.測繪與空間地理信息.2007年第三期.

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