王 義 盧建康 梅 熙

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610083)

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基于高分辨率衛(wèi)星影像測制高寒無人山區(qū)鐵路地形圖技術(shù)研究

王 義 盧建康 梅 熙

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610083)

收集GeoEye、Worldview衛(wèi)星影像立體像對進(jìn)行制圖研究，分析其技術(shù)特點及對高寒無人區(qū)鐵路制圖的適應(yīng)性，選擇有代表性的地段開展理論和實驗研究。通過精度統(tǒng)計分析得出：基于GeoEye、Worldview衛(wèi)星影像立體像對，在無像控條件下，滿足1∶10 000制圖精度，少量控制點滿足1∶2 000制圖精度。

GeoEye Worldview 區(qū)域網(wǎng)平差

川藏鐵路橫跨西藏和四川兩省區(qū)，所經(jīng)區(qū)域大部分都是高山地區(qū)，自然環(huán)境惡劣，氣象和交通條件較差，森林覆蓋率較大，地形地貌極其復(fù)雜，部分地段靠近國境或?qū)嶋H控制線?？紤]選線的需求，需要攝影的范圍很大，常規(guī)攝影測量很難滿足要求。

使用高分辨率衛(wèi)星立體影像測繪地形圖具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，如影像獲取不受國境線及地面條件等因素的制約，高分辨率衛(wèi)星影像幾何分辨率較高。為此，本項目結(jié)合川藏鐵路勘測設(shè)計，開展“基于高分辨率衛(wèi)星影像測制高寒無人山區(qū)鐵路地形圖技術(shù)研究”。

1 無控自由網(wǎng)平差方法研究

1.1 衛(wèi)星影像預(yù)處理

購買的WorldView、GeoEye衛(wèi)星影像為16 bit，數(shù)據(jù)量較大，影像公司往往將1景影像裁剪為多塊，但對應(yīng)的衛(wèi)星影像RPC參數(shù)只有1個，為方便后續(xù)定向處理，必須將影像進(jìn)行合并。合并方法較多，本項目采用Erdas輸入影像模塊將影像合并，通過該方法合并的影像無錯縫，接邊處影像色調(diào)一致，從而保證了后續(xù)定向精度的可靠性。圖1為Erdas輸入WorldView影像進(jìn)行合并的過程。GeoEye衛(wèi)星影像合并方法與WorldView一致。

圖1 分塊影像合并

合并后的影像仍為16 bit，JX4和MapMatrix等測圖工作站無法識別16 bit的影像，必須對影像作降位處理?？梢灾苯永肊rdas的Rescale模塊或者Photoshop將影像降為8 bit。降位后影像幾何精度不變，但數(shù)據(jù)量減少一半，方便測圖工作站快速打開影像，實施漫游測圖。

對降位后的影像作灰度拉伸，將地形及地物要素顯示出來，對粗調(diào)的灰度曲線作精細(xì)人工調(diào)整，以保證立體像對的兩幅影像在反差上盡量一致，通過提高亮度和對比度，增強人眼辨識度。

1.2 創(chuàng)建工程及像點自動匹配

RPC參數(shù)文件中詳細(xì)說明了影像中心點地理坐標(biāo)，分別為經(jīng)緯度及大地高，影像的行列號以像素為單位，物方與像方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程有80個有理函數(shù)系數(shù)，10個為正則化參數(shù)。通過定向或者空三加密，可以求出任意像點坐標(biāo)的大地坐標(biāo)。

利用ERDAS的IMAGINE Photogrammetry軟件分別對WorldView、GeoEye衛(wèi)星影像作空三處理，新建工程。衛(wèi)星模型分別選擇WorldView、GeoEye，設(shè)置測圖坐標(biāo)系中央子午線及投影方式(如圖2)。

圖2 WorldView衛(wèi)星模型選擇

加載衛(wèi)星影像，選擇與影像匹配的RPC地理定位數(shù)據(jù)，通過Compute Pyramids and Statistics模塊批量建立金字塔影像，并設(shè)置匹配策略，匹配點的個數(shù)設(shè)置為整幅影像點的1/10，立體像對自動匹配連接點。匹配完成后，剔除大于1個像素的粗差點，缺點處適當(dāng)補充人工點，調(diào)整上下視差，使其符合限差要求。圖3為WorldView衛(wèi)星影像自動匹配后立體像對連接點示意。

圖3 WorldView自動匹配連接點示意

1.3 像點殘差統(tǒng)計

WorldView衛(wèi)星影像自動匹配，剔除粗差后像點的精度報告如表1。

表1 WorldView像點殘差報告

從表1可見，在全自動匹配情況下，無人工干預(yù)，連接點分布均勻，匹配較好，無上下視差，證明前后視角影像姿態(tài)都較穩(wěn)定，可以用于后續(xù)測圖工作。GeoEye衛(wèi)星影像立體像對匹配結(jié)果與WorldView匹配結(jié)果類似。

1.4 無像控條件下模型絕對坐標(biāo)統(tǒng)計

在無控制點條件下，完成了自由網(wǎng)平差、定向建模，將外業(yè)控制點及航片測制的1∶2 000地形圖導(dǎo)入矢量測圖窗口，映射至立體模型，進(jìn)行精度統(tǒng)計及評定。表2中WorldView-1簡稱wv1，GeoEye簡稱GEy。無控自由網(wǎng)情況下必須作高程異常改正，本測區(qū)為林芝地區(qū)，覆蓋范圍較小，高程異常取平均值-31 m。

不量測像控下WorldView、GeoEye衛(wèi)星影像立體模型與航片測制1∶2 000圖地物平面比較如表2。

WorldView、GeoEye衛(wèi)星影像立體模型與外業(yè)控制點高程值比較如表3。

從表2、表3統(tǒng)計的精度可見，在無像控條件下，WorldView立體模型點與1∶2 000圖控制點比較平面中誤差為1 m，高程中誤差為4.4 m，GeoEye立體模型點平面中誤差為2.8 m，高程中誤差為2.5 m。

2 少量控制條件下區(qū)域網(wǎng)空三加密研究

2.1 控制點分布情況

在前期自由網(wǎng)完成后，量測外業(yè)像控點，1個WorldView-1、GeoEye-1立體像對分別量測了6個控制點，設(shè)置平差權(quán)重，剔除像點粗差，完成區(qū)域網(wǎng)平差，

表2 WorldView、GeoEye立體模型點與1∶2 000圖平面精度比較

表3 WorldView、GeoEye立體模型點與控制點高程比較 m

圖4 WorldView-1立體

解算所有連接點的大地坐標(biāo)，輸出糾正后的RPC參數(shù)。圖4為 WorldView-1立體像對控制點分布。圖5為GeoEye-1立體像對控制點分布。

圖5 GeoEye-1立體

2.2 少量像控條件下衛(wèi)星影像成圖精度統(tǒng)計

在JX4測圖工作站恢復(fù)立體模型，并完成精度統(tǒng)計。6個控制點下，1個WorldView-1、2個GeoEye-1像對與航片測制1∶2 000圖地物平面比較如表4。

量測6個控制點條件下，1個WorldView-1、2個GeoEye-1像對立體模型與航片測制1∶2 000圖高程點精度比較如表5。

從表4、表5可見，在量測6個控制點的前提下，WorldView-1立體模型與1∶2 000圖比較平面中誤差為1.2 m，高程中誤差為0.8 m。GeoEye-1立體模型與1∶2 000圖比較平面中誤差為1.1 m，高程中誤差為0.9 m。

表4 WorldView、GeoEye立體模型與1∶2 000圖地物平面比較

表5 WorldView、GeoEye立體模型與1∶2 000圖地物高程比較 m

3 結(jié)論

本項目研究無像控條件下，分別對GeoEye及WorldView立體像對作自動匹配、自由網(wǎng)平差解算以及高程作異常改正，建立模型，統(tǒng)計成果精度，平面、高程中誤差優(yōu)于5 m，滿足規(guī)范1∶10 000制圖精度要求。并深入研究基于多個立體像對空三加密方法，通過增加旁向連接點，并采用區(qū)域網(wǎng)平差的方法，利用6個外業(yè)像控點完成了2個GeoEye-1立體像對、1個WorldView立體像對空三加密工作并統(tǒng)計成果精度，平面中誤差優(yōu)于1.2 m，高程中誤差優(yōu)于0.9 m，基本滿足規(guī)范1∶2 000制圖精度要求。

川藏鐵路由于其地勢復(fù)雜，環(huán)境、氣候條件惡劣，航空攝影、外業(yè)像片控制測量及后續(xù)的制圖等工作非常困難，通過該項目研究，利用高分辨率衛(wèi)星影像WorldView-1、GeoEye-1測制高寒無人區(qū)大比例尺地形圖成為可能，值得推廣應(yīng)用。

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Study on Topographic MapTechnology of Railway High Resolution Satellite Image Measurement System Based on Unmanned Alpine Mountain

WANG Yi LU Jiankang MEI Xi

2016-09-19

王 義(1975—)，男，2000年畢業(yè)于武漢測繪科技大學(xué)攝影測量與遙感專業(yè)，高級工程師。

1672-7479(2016)06-0004-04

P237

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