劉旺生，王佑武，李崇偉

(61243部隊，新疆烏魯木齊830006)

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多源衛(wèi)星影像二次聯(lián)合平差技術(shù)應(yīng)用

劉旺生，王佑武，李崇偉

(61243部隊，新疆烏魯木齊830006)

摘要：衛(wèi)星遙感影像中山體陰影、云霧遮擋、雪山水體反光和攝影“漏洞”等影像缺陷嚴(yán)重影響和制約立體測圖的效率和成果精度。本論述結(jié)合項目實踐，介紹了綜合利用多源衛(wèi)星影像二次聯(lián)合平差的技術(shù)方法。通過對實驗成果數(shù)據(jù)精度分析和類似工程實踐應(yīng)用，此方法技術(shù)可靠，能夠有效解決此類問題。

關(guān)鍵詞：多源衛(wèi)星影像；影像“漏洞”；二次聯(lián)合平差；精度

1　概述

隨著測繪信息技術(shù)的快速發(fā)展，航天遙感已步入一個能快速提供多種高分辨率對地觀測數(shù)據(jù)的新階段，衛(wèi)星遙感影像正越來越多地應(yīng)用于攝影測量領(lǐng)域[1]，是快速獲取地理空間信息的一種重要方法。由于受拍攝時間和區(qū)域的限制，衛(wèi)星影像極易出現(xiàn)山體陰影、云霧遮擋、雪山水體反光、和其他攝影“漏洞”問題，給后續(xù)工作帶來了很大困難。通常利用已有的地形圖資料對云層覆蓋區(qū)進(jìn)行補(bǔ)測[2]，此方法雖然可以作為一種解決問題的辦法，但兩種資料間的誤差無法控制，不能保證成果精度。為了更好的解決這一類問題，我們在某型號衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)控制三角測量的基礎(chǔ)上，引進(jìn)資源三號等其他衛(wèi)星影像經(jīng)過聯(lián)合平差進(jìn)行補(bǔ)充作業(yè)，在實踐中取得了良好的效果。本論述以某型號衛(wèi)星影像為主，“資三”等衛(wèi)星影像為補(bǔ)充，采用多源衛(wèi)星影像二次聯(lián)合平差技術(shù)作為解決影像缺陷問題的途徑。

2　數(shù)據(jù)分析

在西部某測區(qū)1:5萬地形圖測制項目中，以某型號衛(wèi)星影像為基本資料，以資源三號等其它衛(wèi)星影像為補(bǔ)充，基于統(tǒng)一有理多項式（RFM）成像模型理論和大范圍稀少（無）地面控制點的區(qū)域網(wǎng)平差方法完成空中三角測量[3]。在影像資料分析時，各景影像上都有部分區(qū)域的陰影和云雪覆蓋，形成影像“漏洞”。由于影像覆蓋范圍廣，對整體空中三角測量影響不大，但在數(shù)據(jù)采集時，局部范圍的影像“漏洞”對立體地貌測繪和影像判繪造成了較大影響，甚至導(dǎo)致個別區(qū)域無法作業(yè)。在現(xiàn)有影像數(shù)據(jù)無法滿足成圖要求的情況下，可以考慮使用其他影像資料補(bǔ)充“漏洞”區(qū)域，使用多種衛(wèi)星影像聯(lián)合平差的方案，解決影像“漏洞”問題。

資源三號衛(wèi)星搭載有1臺地面分辨率優(yōu)于2.1m的正視全色CCD相機(jī)，2臺地面分辨率優(yōu)于3.5m的前、后視CCD相機(jī)，可以提供優(yōu)于5m地面分辨率的立體像對，可以達(dá)到1：5萬比例尺地形圖測制要求[4]，能夠滿足補(bǔ)充影像“漏洞”要求。雖然不同衛(wèi)星影像分辨率和比例尺等參數(shù)不同，直接進(jìn)行聯(lián)合平差的難度很大，但采用多源影像二次聯(lián)合平差的方法，可以建立可靠的補(bǔ)充影像立體模型。

3　技術(shù)方法

利用衛(wèi)星影像測制地形圖的基本原理是以影像為基本測圖資料，利用衛(wèi)星的軌道參數(shù)、傳感器參數(shù)等建立衛(wèi)星圖像成像解析關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，模型間選取一定數(shù)量的連接點，采用基于少量地面控制點或無地面控制點的衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)，解算各模型正確的姿態(tài)參數(shù)，通過數(shù)學(xué)模型計算衛(wèi)星影像點對應(yīng)于地面點的大地坐標(biāo)[5]。運(yùn)用資源三號衛(wèi)星影像進(jìn)行“漏洞”補(bǔ)充，首先在原局域網(wǎng)模型中選擇相應(yīng)的點位，平差計算后可獲得精度較高的點位坐標(biāo)成果，可作為資源三號衛(wèi)星影像加密控制點使用。然后將相應(yīng)點轉(zhuǎn)刺到資源三號衛(wèi)星影像上，與影像自身參數(shù)一起進(jìn)行二次平差計算，建立資源三號衛(wèi)星影像立體模型?；玖鞒倘鐖D1所示。

圖1　多源衛(wèi)星影像二次平差流程

3.1空中三角測量

原衛(wèi)星影像空中三角測量，是以線陣立體影像為基礎(chǔ)，基于自定位參數(shù)（rpc）的區(qū)域網(wǎng)平差方法，對大區(qū)域、多軌、多重疊衛(wèi)星影像進(jìn)行平差處理[6]。

3.2獲取原影像加密點位圖

不同衛(wèi)星影像攝影高度、時相、衛(wèi)星姿態(tài)等參數(shù)都不相同，影像之間往往存在較大差異。為了得到資源三號衛(wèi)星影像準(zhǔn)確的控制點位，需要從加密后的影像中獲取加密點點位圖?？刹扇〗厝≡跋竦姆绞?，獲得加密單點圖。

3.3轉(zhuǎn)刺加密點

按照獲取的加密單點圖，將每個加密點準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)刺到資源三號衛(wèi)星影像對應(yīng)的位置上。在轉(zhuǎn)刺加密點時，注意以下幾點：

一是盡量不要在云影遮擋和山體陰影區(qū)附近選點，點位應(yīng)避開大面積冰雪覆蓋區(qū)域，最好選擇夏季影像。

二是點位應(yīng)該選擇在山頭、線狀地物交叉口等影像特征明顯處，以提高轉(zhuǎn)刺精度。

三是要靈活確定轉(zhuǎn)刺點類型和數(shù)量。根據(jù)實驗，兩景影像重疊區(qū)域一般轉(zhuǎn)刺3個連接點就可以滿足要求，在特殊情況下，可以轉(zhuǎn)刺2個連接點，至少要有一個連接點。三景影像重疊時，原則上要有三度重疊的連接點，如圖2所示。

圖2　原影像加密點示意圖

在選擇三度重疊連接點困難的情況下，可以采取兩兩連接的方法選點。如圖3所示。

圖3　轉(zhuǎn)刺至資3影像加密點示意圖

3.4二次聯(lián)合平差計算

完成加密點轉(zhuǎn)刺后，將原衛(wèi)星影像和資源三號衛(wèi)星影像整理到同一個工程文件中，各自采用相應(yīng)的rpc參數(shù)，進(jìn)行二次聯(lián)合平差計算。

4　精度檢測

4.1檢測方法

檢測聯(lián)合平差精度可以用兩種方法。一種方法是：在不同影像建立的立體模型上分別采集同名特征點，進(jìn)行坐標(biāo)比對；另一種方法是：用一種影像立體模型采集地物、地貌數(shù)據(jù)，再用另一種影像立體模型檢查比較[7]。

4.2檢測結(jié)果

4.2.1同名特征點對比精度

通過對兩種影像立體模型同名特征點坐標(biāo)比對，按照“基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品1：10000、1：50000生產(chǎn)建設(shè)規(guī)程第一部分?jǐn)?shù)字線劃圖（DLG）”對加密點精度要求，平地困難地區(qū)檢查點平面中誤差應(yīng)小于35m，高程中誤差應(yīng)小于4m；高山地困難地區(qū)檢查點平面中誤差應(yīng)小于50m，高程中誤差應(yīng)小于14m[8]。檢測結(jié)果平面中誤差為7.47m；高程中誤差為3.74m，精度符合限差要求，可以滿足1：5萬地形圖成圖要求。詳細(xì)情況見表1。

4.2.2立體模型套合精度

將原衛(wèi)星影像立體模型采集獲得的矢量數(shù)據(jù)，引入資源三號衛(wèi)星影像立體模型做套合檢查。經(jīng)量測統(tǒng)計，平面中誤差小于10m，高程中誤差小于4m，結(jié)果符合 “基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品 1：10000、1：50000生產(chǎn)建設(shè)規(guī)程第一部分?jǐn)?shù)字線劃圖（DLG）”精度要求[8]。

表1　不同影像立體模型同名點坐標(biāo)比對

4.2.3數(shù)據(jù)接邊精度

用兩種衛(wèi)星影像構(gòu)建立體模型，分別采集連接處兩側(cè)圖幅矢量數(shù)據(jù)，然后做接邊檢查。通過檢查，圖幅間相同要素接邊誤差小于18m。對于測制1：5萬地形圖來說，符合困難地區(qū)等高線接邊差小于一個基本等高距和地物接邊小于6m的要求[9]。

5　結(jié)束語

不同遙感衛(wèi)星影像的二次聯(lián)合平差方法，解決了測區(qū)影像“漏洞”問題。經(jīng)檢查檢測，精度能夠達(dá)到作業(yè)規(guī)范要求。本方法可以推廣應(yīng)用到其他利用多源遙感衛(wèi)星影像測圖項目，可以作為解決此類問題的一種有效方法。但要注意盡量使用分辨率、時相等參數(shù)相近的影像，以達(dá)到更好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張永生,鞏丹超,劉軍等.高分辨率遙感衛(wèi)星影像應(yīng)用:成像模型、處理算法及應(yīng)用技術(shù)[M].北京.科學(xué)出版社,2004.

[2]符愛琴,劉榮科,孫曼.衛(wèi)星影像線劃圖云區(qū)的補(bǔ)測方法[J].河南科技，2012(6):61-61.

[3]張力,張繼賢等.基于有理多項式模型RFM的稀少控制SPOT-5衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)平差[J].測繪學(xué)報.2009，38(4): 302-310.

[4]周太平,熊勇.資源三號衛(wèi)星影像在1:5萬地形圖更新中的應(yīng)用[J].江西測繪.2013(1):9-10.

[5]劉 敏健.衛(wèi)星影像在1:5萬地形圖生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].四川測繪，2003(1):40-42.

[6]GB/T23236-2009.數(shù)字航空攝影測量，空中三角測量規(guī)范[S].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局/中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2009.

[7]GB/T17157—2012.1∶250001∶500001∶100000地形圖航空攝影測量數(shù)字化測圖規(guī)范[S].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局/中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2012.

[8]CH/T1015.1-2007.基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品1：10000、1：50000生產(chǎn)建設(shè)規(guī)程第一部分?jǐn)?shù)字線劃圖（DLG）[S].國家測繪局，2007.

[9]GB12340-90.1：250001：500001：100000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范[S].國家技術(shù)監(jiān)督局，1990.

中圖分類號：P208