林小波

（1.廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500）

Pléiades衛(wèi)星影像正射處理中像控點布設(shè)方案研究

林小波1

（1.廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500）

為測試Pléiades（普萊亞）衛(wèi)星影像正射處理中采用不同像控點布設(shè)方案校正后的精度，以粵東區(qū)域一景Pléiades 1A級產(chǎn)品全色影像為例，利用現(xiàn)場采集的28個地面控制點和1∶10 000的DEM產(chǎn)品，采用了2×2、2×2+1、3×2、4×2、3×3、4×4這6種像控點布設(shè)方案進行正射校正測試，并對成圖精度進行了分析。結(jié)果表明，精度最高、最低的中誤差分別為0.61個像素、1.94個像素，各種實驗方案的檢查點殘差各向異性，未見系統(tǒng)性差異，且這幾種像控點布設(shè)方案得到的正射影像均能滿足1∶5 000成圖精度要求。按照現(xiàn)行質(zhì)量評定標準，想要達到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品質(zhì)量要求，單景至少需要6個像控點方可滿足要求，綜合考慮生產(chǎn)成本的投入，確定最佳布設(shè)方案為9個點。同時采用了廣州城區(qū)一景數(shù)據(jù)對上述實驗情況進行了檢核，結(jié)果與測試結(jié)果相當。將該結(jié)果用于廣東地區(qū)約95 000 km2正射影像生產(chǎn)，最終檢測結(jié)果也與測試結(jié)果一致，證明了測試結(jié)果可靠，具有一定的推廣價值。

Pléiades；像控點布設(shè)方案；正射處理

Pléiades高分辨率衛(wèi)星星座由2顆完全相同的衛(wèi)星Pléiades-HR 1A/1B組成，兩顆衛(wèi)星在相同軌道互成180°夾角運行，其中Pléiades-HR 1A于2011-12-17發(fā)射，Pléiades-HR 1B于2012-12-01發(fā)射，雙星配合可實現(xiàn)全球任意地區(qū)的每日重訪[1]，很大程度上滿足了任何地區(qū)的超高分辨率數(shù)據(jù)快速獲取的需求。全色波段星下點地面分辨率為0.7 m、掃描幅寬20 km[1]。在對Pléiades影像作正射處理時，雖然可以利用有理函數(shù)系數(shù)來實現(xiàn)定位，但是其定位精度偏低，不能滿足高精度成圖的需求，因此在進行正射處理時還需要一定數(shù)量的像控點來保證精度。如果像控點太少，則不能滿足成圖精度與模型解算可靠性的要求，但像控點過多又增加了外業(yè)工作量和項目成本。那么，像控點到底達到什么樣的數(shù)量才能滿足實際生產(chǎn)的需要，實現(xiàn)質(zhì)量與效益的最佳組合呢？針對其他中高分辨率衛(wèi)星影像的正射處理，已經(jīng)有大量的研究成果[2-7]，這些研究成果對于Pléiades是否可行呢？為此，筆者結(jié)合廣東省第一次全國地理國情普查數(shù)字正射影像生產(chǎn)的需要，從成圖精度、成果質(zhì)量等方面出發(fā)，探討了利用Pléiades影像制作1∶5 000數(shù)字正射影像的像控點最佳數(shù)量與分布方案。

1 數(shù)據(jù)源及實驗方案

為分析不同布點方案對成圖精度、可靠性方面的影響，選擇了粵東區(qū)域一景Pléiades全色影像進行實驗，數(shù)據(jù)獲取時間為2013-01-11，原始影像分辨率為0.7 m，側(cè)視角11.653°。實驗地形類別為山地，為檢驗最終的成果精度，根據(jù)幾種像控點布設(shè)方案及檢測的需要，野外共實測了28個像控點，具體分布見圖1；高程控制資料采用省級基礎(chǔ)測繪1∶10 000比例尺、5 m×5 m格網(wǎng)間距的數(shù)字高程模型。實驗分別采用了2×2、2×2+1、3×2、4×2、3×3、 4×4這6種像控點布設(shè)方案進行測試，其余點作為成果檢測點對最終成圖精度進行檢測，不同方案像控點與檢測點分布見圖2（其中▲為像控點，★為檢查點）。

圖1 實驗區(qū)及像控點分布情況

圖2 各種實驗方案像控點與檢查點分布圖

2 結(jié)果及分析

按照上述控制點布點方案，把多出的像控點作為檢查點，采用ERDAS IMAGINE 2010（美國ERDAS公司開發(fā)的專業(yè)遙感圖像處理與地理信息系統(tǒng)軟件）正射校正模塊中的有理函數(shù)模型進行了校正實驗，其中有理函數(shù)模型階數(shù)為0，實驗中像控點的定向殘差均要求小于1個像素，成圖分辨率0.7 m。再利用檢查點對糾正后的成圖進行精度檢測，坐標不符值統(tǒng)計如表1 所示。

實驗結(jié)果表明，各種實驗方案的檢查點殘差各向異性，未見系統(tǒng)性差異。表1結(jié)果表明，像控點數(shù)量由4個增加至16個，成圖精度整體上逐漸提高，精度的提高不僅表現(xiàn)在中誤差與最大殘差值變小，而且同名檢查點坐標不符值也越小。上述不同像控點布設(shè)方案，均能滿足1∶5 000數(shù)字正射影像的平面精度要求[9]。同時，隨著像控點數(shù)量的增加，像控點定向殘差整體上有所減小（極個別點略微增大）；而在各種方案中均作為檢查點的點，定向殘差整體上有所增大（極個別點略微減小）。

表1 不同布點方案精度檢測結(jié)果

像控點由2×2增加到4×4，數(shù)量增加3倍多，成圖精度雖然有所提高，但與投入的像控點數(shù)量增長不成比例。從成本的角度出發(fā)，2×2的像控點布設(shè)方案已可滿足成圖需要。但根據(jù)現(xiàn)行質(zhì)量評定標準[10]，要到達優(yōu)質(zhì)測繪成果質(zhì)量要求，成圖平面位置中誤差需小于成圖中誤差限差的一半，即1∶5 000數(shù)字正射影像成圖平面位置中誤差平均小于1.25 m（1.79個像素）。

2×2、2×2+1的像控點布設(shè)方案不能滿足優(yōu)質(zhì)成果質(zhì)量要求，從3×2到4×2以及從4×2到3×3的像控點布設(shè)方案中，每景像控點的數(shù)量僅增加了1～2個點，但是對精度提高較為顯著。從性價比來看，3×3是較為理想的布設(shè)方案。

為驗證實驗結(jié)果的可靠性，選擇了廣州市城區(qū)的一景數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取時間為2013-11-03，側(cè)視角為24.679°，原始分辨率為0.56 m，地形類別為平地，像控資料與數(shù)字高程模型來源與上述實驗一致。分別按照2×2+1、3×3、4×4的像控點布設(shè)方案對其進行正射處理，利用多余檢查點對正射影像成果進行了精度檢測，結(jié)果與上述檢測結(jié)果相當，說明上述實驗結(jié)果可靠。

為滿足廣東省第一次全國地理國情普查需要，廣東省采用QuickBird、WorldView-1/2、Pléiades-1A/1B、GeoEye-1 等高分辨率衛(wèi)星遙感影像制作覆蓋普查任務(wù)區(qū)的1∶5 000基礎(chǔ)底圖。通過分析，Pléiades影像236景（部分景為長條帶，未進行裁切）、面積約95 000 km2，按照3×3的像控點布設(shè)方案（對于涉及長條帶的影像，按照3×3標準景的像控點跨度，采用n×3的方式布設(shè)像控點）完成了Pléiades像控點布設(shè)與施測。同時按照每景2個檢查點的標準，布設(shè)了946個檢查點，利用這些檢查點對最終的正射影像進行了精度檢查，檢查中誤差為1.15 m（限差值2.50 m）、最大較差5.78 m，12個點超過2倍限差值（占1.3%）。結(jié)果表明，按照3×3的像控點布設(shè)方案校正的成果完全滿足1∶5 000成果的精度要求，按照質(zhì)量評定標準中位置精度質(zhì)量元素的計算方法，根據(jù)檢測中誤差值計算得分92.4，達到項目設(shè)計優(yōu)質(zhì)成果目標。

3 結(jié) 語

Pléiades衛(wèi)星影像在按2×2、2×2+1、3×2、4×2、3×3、4×4共6種不同的像控點布設(shè)方案作正射處理后，成圖精度中誤差分別為1.88像素、1.94像素、1.56像素、1.20像素、0.61像素、0.77像素；檢查點殘差各向異性，未見系統(tǒng)性差異，均能滿足1∶5 000成圖的精度要求。按照現(xiàn)行測繪成果質(zhì)量評定標準，為保證成果質(zhì)量達到優(yōu)質(zhì)成果的要求，對結(jié)果進行了縱向比較。綜合考慮實際生產(chǎn)投入成本,研究總結(jié)Pléiades衛(wèi)星影像正射處理中的像控點最佳布設(shè)方案，最后得出3×3的像控布點方案是最佳方案。

根據(jù)研究結(jié)果，建議廣東省第一次全國地理國情普查基礎(chǔ)底圖生產(chǎn)采用3×3的像控布點方案。實際生產(chǎn)中共采集了946個檢查點，對完成約95 000 km2的正射影像成果進行檢測，平均中誤差為0.81像素，成果質(zhì)量達到優(yōu)秀，實現(xiàn)了設(shè)計目標。實際證明，3×3的像控點布設(shè)方案可行，具有一定的推廣價值。

[1] 廖丹,王永東,李天坤,等.Pléiades-1衛(wèi)星影像的圖像融合方法研究[J].測繪與空間地理信息,2014,37(8)：59-63

[2] 黎貴發(fā). 基于RFM的QuickBird少量像控點糾正控制方案與模型[J].測繪通報,2009(5)：28-31

[3] 宋永亮. PCI進行SPoT5衛(wèi)星影像正射處理像控布設(shè)研究[J].地理空間信息,2008,6(12)：40-43

[4] 邸國輝,程崇木,劉傳生,等. 基于IRS-P5衛(wèi)星影像測圖的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].地理空間信息,2012,10(3)：27-30

[5] 張利平. 缺少控制點的WorldView-2衛(wèi)星影像正射糾正[J].測繪與空間地理信息,2013,36(10)：228-229

[6] 潘紅播,張過,唐新明,等.資源三號測繪衛(wèi)星影像產(chǎn)品精度分析與驗證[J].測繪學報,2013,42(5)：738-744

[7] 吳培強,張杰,馬毅.高分一號衛(wèi)星影像海岸帶區(qū)域定位精度評價[J].海洋測繪,2015,35(4)：63-66

[8] GB/T 24356-2009.測繪成果質(zhì)量檢查與驗收[S].

[9] CH/T 9009.3-2010.基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶5 000 1∶10 000 1∶25 000 1∶50 000 1∶100 000數(shù)字正射影像圖[S].

[10] GB/T 18316-2008.數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收[S].

P237

B

1672-4623（2016）08-0061-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.08.020

林小波，工程師，主要從事測繪信息化工作。

2016-05-27。