張宏偉，王忠祥，楊 應(yīng)

(國家基礎(chǔ)地理信息中心,北京 100830)

高分辨率遙感影像是自然資源監(jiān)測、地圖更新、應(yīng)急測繪的最主要和最有效的數(shù)據(jù)源之一。遙感影像精確糾正和地理編碼是上述應(yīng)用的首要步驟，即求解影像的外參數(shù)(外方位元素)，并對其進(jìn)行糾正和地理編碼，建立和真實(shí)地表的對應(yīng)關(guān)系，其糾正精度決定了監(jiān)測等應(yīng)用的精度。隨著自然資源監(jiān)測和海量遙感影像處理的迫切需要，如何充分利用已有的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，通過影像匹配和地物提取，自動確定影像的外參數(shù)顯得越來越重要。由于地圖和影像上同名地物表示的方式差異較大，目前對應(yīng)的控制點(diǎn)仍然需要人工量測。無論在野外還是室內(nèi)，在地圖上量測控制點(diǎn)都是一件耗時耗力的繁冗工作，且不容易準(zhǔn)確量測，因此，這越來越成為海量遙感數(shù)據(jù)幾何處理中全自動空中三角測量的瓶頸。

隨著航天遙感平臺和傳感器技術(shù)的發(fā)展，實(shí)時、全天候、大面積獲取地表信息高精度、高分辨率、多時相、多光譜的數(shù)字遙感影像成為現(xiàn)實(shí)，但與之相反的卻是圖像處理理論和技術(shù)手段的嚴(yán)重滯后，大量堆積如山的遙感影像與相關(guān)的數(shù)據(jù)處理手段之間存在巨大的反差。攝影測量與遙感技術(shù)的快速發(fā)展，及圖像處理與理解、模式識別、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)的發(fā)展，使得海量遙感影像快速正射糾正成為可能。本文充分利用影像匹配、影像自動處理及信息快速提取等方面的研究成果，發(fā)揮國家現(xiàn)有海量的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和技術(shù)儲備優(yōu)勢，結(jié)合地理國情監(jiān)測、應(yīng)急測繪和1∶5萬數(shù)據(jù)庫更新工程項(xiàng)目的實(shí)施，研究如何充分利用已有基礎(chǔ)地理信息，自動進(jìn)行影像正射糾正，提高遙感影像正射糾正生產(chǎn)和正射影像庫建立與更新的效率，為建立數(shù)字化信息測繪技術(shù)體系服務(wù)。

1 基于已有高精度正射影像控制情況

在高分辨率正射影像庫建成的基礎(chǔ)上，充分利用已有空間數(shù)據(jù)庫(正射影像數(shù)據(jù)、控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù))，通過遙感影像之間的自動匹配，在數(shù)字高程模型內(nèi)插獲取高程信息的基礎(chǔ)上自動生成大量的控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)遙感影像的自動正射糾正和正射影像庫的自動更新。隨著越來越多的高分辨率正射影像庫和控制點(diǎn)庫的建成，基于已有正射影像匹配的遙感影像正射糾正是較為可行的途徑。

相對于航空攝影測量雙片匹配而言，新原始影像和正射影像之間的匹配存在以下幾個問題：比例尺(分辨率)不一致、影像方位差別大、成像時相差別大造成的色調(diào)差別較大，以及地物變化等。本文將基于最小二乘影像匹配的結(jié)果作為控制點(diǎn)對影像進(jìn)行絕對定向，高分辨率衛(wèi)星影像的定向模型仍然采用RPC模型，區(qū)域網(wǎng)的相鄰影像采用區(qū)域網(wǎng)平差方法求解影像的外參數(shù)。控制點(diǎn)的地面坐標(biāo)根據(jù)正射影像上匹配點(diǎn)和對應(yīng)的正射影像坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，高程值根據(jù)數(shù)字高程模型內(nèi)插計(jì)算得到。在影像絕對定向或區(qū)域網(wǎng)平差過程中，由于控制點(diǎn)個數(shù)很多，可以在迭代計(jì)算過程中根據(jù)每個控制點(diǎn)殘差，給每個控制點(diǎn)賦予不同的權(quán)，對于殘差較大的控制點(diǎn)作為粗差剔除，這樣可以確保匹配產(chǎn)生的控制點(diǎn)沒有錯誤存在。

本文選取了黑龍江齊齊哈爾試驗(yàn)區(qū)8景WorldView-2影像進(jìn)行試驗(yàn)，已有正射影像和DEM數(shù)據(jù)分別選用1 m分辨率1∶1萬DOM和格網(wǎng)間隔5 m 1∶1萬DEM數(shù)據(jù)，圖1和表1分別為基于影像匹配的控制點(diǎn)選取和定向精度情況。

表1 基于影像匹配的控制點(diǎn)個數(shù)和配準(zhǔn)精度情況

2 基于已有空三加密成果控制情況

目前正射影像生產(chǎn)主要采用非立體衛(wèi)星影像，相對于立體衛(wèi)星影像和傳統(tǒng)的航空影像，其相鄰影像重疊度小，連接點(diǎn)光線交會角很小甚至平行，導(dǎo)致影像區(qū)域網(wǎng)連接強(qiáng)度很弱，無法實(shí)現(xiàn)高程約束，現(xiàn)行技術(shù)用DEM約束，受限于DEM精度，平差精度低。本文通過多源衛(wèi)星影像混合區(qū)域網(wǎng)平差，將立體和非立體衛(wèi)星聯(lián)合處理，實(shí)現(xiàn)非立體衛(wèi)星影像大區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差。

本文以第三次國土調(diào)查正射影像生產(chǎn)為例開展了基于已有立體基準(zhǔn)網(wǎng)的遙感影像區(qū)域網(wǎng)平差和正射生產(chǎn)試驗(yàn)。第三次國土調(diào)查要求在全國范圍全面采用優(yōu)于1.0 m分辨率的航天遙感影像生產(chǎn)正射影像，幾何精度達(dá)到1∶10 000比例尺制圖要求。青藏高原為代表的西部地區(qū)高精度測圖一直是尚未解決的難題。試驗(yàn)區(qū)域混合區(qū)域網(wǎng)及其連接點(diǎn)如圖2所示，包含ZY3立體影像和GF2衛(wèi)星影像?？梢园l(fā)現(xiàn)，雖然這兩種衛(wèi)星影像分辨率、光譜特征、影像時相、初始幾何精度存在很大差異，但是匹配得到的連接點(diǎn)數(shù)量、分布都能很好地滿足構(gòu)網(wǎng)需求。

在GF2加密網(wǎng)上共布設(shè)了38個檢查點(diǎn)，分別刺在GF2的全色波段影像及ZY3的前視和后視影像。檢查點(diǎn)分布均勻，覆蓋大部分GF2的區(qū)域，如圖3所示。

在檢查模式下，將所有檢查點(diǎn)參與平差，用以檢查GF2經(jīng)區(qū)域網(wǎng)平差后的物方坐標(biāo)精度。經(jīng)平差計(jì)算后所得到的結(jié)果見表2。

表2 GF2檢查點(diǎn)模式精度統(tǒng)計(jì) m

對比區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差前后的GF2影像的幾何定位精度情況可以發(fā)現(xiàn)，采用立體-非立體無控制幾何協(xié)同區(qū)域網(wǎng)平差可以有效提高GF2高分辨率衛(wèi)星影像的幾何定位精度。

3 結(jié) 語

隨著衛(wèi)星軌道參數(shù)數(shù)據(jù)精度的逐步提高，以及高分辨率正射影像數(shù)據(jù)庫、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫和已有立體基準(zhǔn)網(wǎng)的建成，如何充分利用這些數(shù)據(jù)，大大減少甚至避免人工量測控制點(diǎn)，對快速高效地建立與更新全國范圍內(nèi)的高分辨率正射影像庫具有重要意義，為解決海量遙感數(shù)據(jù)處理的瓶頸問題提供了新的思路。本文探討了將已有正射影像和空三加密成果作為控制條件下，遙感影像的快速正射糾正的理論和生產(chǎn)技術(shù)方面的問題，并結(jié)合部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了小范圍的算法驗(yàn)證和生產(chǎn)試驗(yàn)。綜合考慮目前遙感影像幾何處理的控制數(shù)據(jù)源，從生產(chǎn)技術(shù)角度分析高分辨率遙感影像快速正射糾正技術(shù)路線和作業(yè)模式，為遙感影像快速處理及其應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。