謝國(guó)華

（61243部隊(duì)，新疆 烏魯木齊830006）

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三線陣衛(wèi)星影像無(wú)控測(cè)圖立體模型選擇方法

謝國(guó)華

（61243部隊(duì)，新疆 烏魯木齊830006）

摘要：三線陣衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)能夠同時(shí)獲取前視、下視和后視三個(gè)視角影像，可兩兩組合成立體像對(duì)，為組建立體模型提供了多種選擇。為了選擇更合適的立體模型，本論述對(duì)單模型之間、單模型與區(qū)域網(wǎng)整體平差同名特征點(diǎn)及模型連接點(diǎn)的偏差進(jìn)行了試驗(yàn)分析。試驗(yàn)表明：前后視立體像對(duì)測(cè)圖精度相對(duì)其他類別像對(duì)來(lái)講，整體偏差及模型間接邊偏差都較小，觀測(cè)盲區(qū)也較小，在不考慮視差對(duì)測(cè)圖人員影響的情況下，可優(yōu)先選擇前后視立體模型測(cè)圖。

關(guān)鍵詞：三線陣衛(wèi)星測(cè)繪;無(wú)控測(cè)圖;立體模型

1　概述

隨著遙感技術(shù)和空間技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星攝影測(cè)量已經(jīng)成為人類獲取地球空間信息的重要手段之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。利用三線陣CCD立體測(cè)繪相機(jī)所獲取的立體影像及其姿態(tài)、軌道位置以及其他信息，可以在無(wú)地面控制點(diǎn)條件下測(cè)制地球等星球表面的地形圖[1]，從而有效的減弱了在沙漠、海洋、境外等困難地區(qū)獲取地理信息對(duì)地面控制點(diǎn)的依賴。

在利用衛(wèi)星影像進(jìn)行測(cè)繪時(shí)，在保證衛(wèi)星軌道定位精度、衛(wèi)星姿態(tài)確定精度、時(shí)間同步精度和相機(jī)內(nèi)方位元素的精度標(biāo)定的前提下，所獲得的衛(wèi)星影像及位置姿態(tài)數(shù)據(jù)為后工序作業(yè)提供保證。測(cè)繪衛(wèi)星發(fā)射后，由于受外界因素的影響，使傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生細(xì)微的變化，直接影響內(nèi)方位元素精度；在衛(wèi)星定位過(guò)程中，星敏陀螺等測(cè)量設(shè)備的測(cè)量誤差也對(duì)最終的定位結(jié)果產(chǎn)生影響[2,3]。因此，為得到滿足精度要求的測(cè)繪成果，需要采用區(qū)域網(wǎng)平差方法來(lái)解算內(nèi)外方位元素誤差，以消除其對(duì)衛(wèi)星定位的影響[4]。同時(shí)，空中三角測(cè)量作為內(nèi)業(yè)測(cè)圖的第一道工序，是測(cè)圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，也要保證其精度滿足相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)[5]。在完成空三作業(yè)后進(jìn)行立體測(cè)圖時(shí)，三線陣立體測(cè)圖衛(wèi)星能夠同時(shí)獲取同一區(qū)域三個(gè)不同視角的立體模型，由于不同立體模型視角不同，模型間同名點(diǎn)的位置及高程也不完全相同，選擇合適的立體模型不僅能夠減小觀測(cè)盲區(qū)，還能夠提高測(cè)繪成果的相對(duì)精度。本論述針對(duì)以上問(wèn)題，以國(guó)產(chǎn)某型號(hào)三線陣立體測(cè)繪衛(wèi)星系統(tǒng)同時(shí)獲取的某測(cè)區(qū)前視、后視、下視及同軌、異軌影像及系統(tǒng)參數(shù)為基礎(chǔ)資料，通過(guò)對(duì)比分析不同模型同名特征點(diǎn)坐標(biāo)偏移量的試驗(yàn)，提出了選擇立體模型測(cè)圖的方法。

2　方法與試驗(yàn)

本研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)資料主要為國(guó)產(chǎn)某型號(hào)測(cè)繪衛(wèi)星2014-04獲取并經(jīng)過(guò)幾何和輻射校正的某高山區(qū)全色立體像對(duì)及其對(duì)應(yīng)無(wú)控制點(diǎn)加密數(shù)據(jù)。地圖成圖采用2000中國(guó)大地坐標(biāo)系和1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，比例尺為1：50000[6]。

2.1三線陣影像內(nèi)部同名點(diǎn)坐標(biāo)比對(duì)

利用三線陣影像原始RPC參數(shù)，恢復(fù)立體模型。在42個(gè)模型的四角和中心位置分別選取1個(gè)特征點(diǎn)，共選取210個(gè)特征點(diǎn)。分別量測(cè)這些特征點(diǎn)在前后、前下、后下三個(gè)立體像對(duì)上的坐標(biāo)，得到同一特征點(diǎn)在不同模型中的三組坐標(biāo)，再對(duì)三組坐標(biāo)的X、Y、Z值兩兩比對(duì)，得出三線陣影像內(nèi)部立體像對(duì)同名點(diǎn)的偏差情況[7]。

假設(shè)前后視模型下測(cè)量值為真值，通過(guò)觀測(cè)，求得前后視和前下視各組同名特征點(diǎn)平均誤差在X、Y、Z方向的最大值分別為-5.17m、6.51m、-5.33m，各組特征點(diǎn)中誤差在X、Y、Z方向的最大值分別為10.44m、11.7m、8.75m。詳細(xì)統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1。

表1　前后視與前下視比較結(jié)果統(tǒng)計(jì)表　單位：個(gè)

假設(shè)前后視模型下測(cè)量值為真值，通過(guò)觀測(cè)，求得前后視和后下視各組同名特征點(diǎn)平均誤差在X、Y、Z方向的最大值分別為-5.32m、-5.22m、-5.04m，各組特征點(diǎn)中誤差在X、Y、Z方向的最大值分別為10.20m、11.38m、7.78m。詳細(xì)統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表2。

表2　前后視與后下視比較結(jié)果統(tǒng)計(jì)表　單位：個(gè)

假設(shè)前下視模型下測(cè)量值為真值，通過(guò)前下視與后下視比較，各組同名特征點(diǎn)平均誤差在X、Y、Z方向最大值分別為-10.45m、-6.38m、-7.14m，各組特征點(diǎn)中誤差在 X、Y、Z方向的最大值分別為12.10m、13.08m、8.76m。詳細(xì)統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表3。

表3　前下視與后下視比較結(jié)果統(tǒng)計(jì)表　單位：個(gè)

2.2單模型與區(qū)域網(wǎng)整體平差后同名特征點(diǎn)坐標(biāo)比對(duì)

以景為單位對(duì)三線陣影像單獨(dú)建立工程，創(chuàng)建立體模型。在42個(gè)模型的四角和中心位置分別選取1個(gè)特征點(diǎn)并量測(cè)這些特征點(diǎn)在前后視、下后視、前下視三種立體像對(duì)中的坐標(biāo)，再分別與區(qū)域網(wǎng)整體平差后模型中同名特征點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)。

假設(shè)區(qū)域網(wǎng)整體平差值為真值，通過(guò)比對(duì)，前下視、后下視像對(duì)中均有2個(gè)特征點(diǎn)X值超過(guò)10m、1個(gè)特征點(diǎn)Y值超過(guò)10m，前后視像對(duì)中特征點(diǎn)坐標(biāo)值均未超過(guò)10m。單模型特征點(diǎn)組平均誤差在X、Y、Z方向最大值分別為-11.29m、-15.54m、-13.81m，同名特征點(diǎn)組中誤差在X、Y、Z方向最大值分別為4.26m、3.35m，3.62m。單模型與區(qū)域網(wǎng)整體平差比對(duì)示例見(jiàn)表4。

2.3測(cè)區(qū)公共模型連接點(diǎn)坐標(biāo)比對(duì)

區(qū)域網(wǎng)整體平差完成后，在前后視、前下視、后下視3個(gè)類型像對(duì)上選取了210個(gè)連接點(diǎn)作為特征點(diǎn)，分別量取坐標(biāo)值，與區(qū)域網(wǎng)整體平差后的模型進(jìn)行比較，評(píng)判測(cè)區(qū)模型間接邊偏差情況。假設(shè)區(qū)域網(wǎng)整體平差模型特征點(diǎn)坐標(biāo)值為真值，經(jīng)檢測(cè)，測(cè)區(qū)公共模型連接點(diǎn)平均誤差在X、Y、Z方向最大值分別為6.88m、5.48m、8.40m，連接點(diǎn)中誤差在X、Y、Z方向最大值分別為10.87m、9.21m、12.43m。比對(duì)統(tǒng)計(jì)示例見(jiàn)表5。

表4　單模型與區(qū)域網(wǎng)整體平差后比較結(jié)果統(tǒng)計(jì)表單位：m

表5　公共模型特征點(diǎn)與前后視模型比較結(jié)果統(tǒng)計(jì)表　單位：m

3　結(jié)論

通過(guò)上述試驗(yàn)初步認(rèn)為，本試驗(yàn)中原始三線陣影像內(nèi)部精度基本一致，區(qū)域網(wǎng)整體平差后與原始立體模型精度一致，模型間接邊相對(duì)中誤差也滿足1：50000地形圖接邊要求。前后視立體像對(duì)測(cè)圖精度相對(duì)前下視、后下視像對(duì)來(lái)講，整體偏差及模型間接邊偏差都較小，同時(shí)能夠減小觀測(cè)盲區(qū)。因此在有多個(gè)立體像對(duì)可供使用的前提下，不考慮視差對(duì)測(cè)圖人員造成的影響，可優(yōu)先選擇前后視立體模型測(cè)圖。利用衛(wèi)星影像進(jìn)行無(wú)控制測(cè)圖比較復(fù)雜，本論述只針對(duì)國(guó)產(chǎn)某型號(hào)三線陣衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)對(duì)山地1：50000地形圖測(cè)繪進(jìn)行了粗淺的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，也沒(méi)有野外檢查點(diǎn)進(jìn)行精度評(píng)估，為了得到可靠全面結(jié)論，還需對(duì)利用不同型號(hào)三線陣立體測(cè)繪衛(wèi)星測(cè)繪不同困難類別、不同比例尺地形圖等做全面的試驗(yàn)和評(píng)估。

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中圖分類號(hào)：P236