基于高分辨率衛(wèi)星的DOM 數(shù)據(jù)制作流程研究

申 健

(解放軍61112 部隊，黑龍江 牡丹江 157000)

1.引言

資源三號衛(wèi)星歷經(jīng)三年多深化論證，經(jīng)過近四年研究開發(fā)，于2012年1月9日在太原發(fā)射場發(fā)射成功。衛(wèi)星工程突破了諸多技術(shù)難題，是我國首顆民用高分辨率立體測圖衛(wèi)星，衛(wèi)星在軌測試和前期運(yùn)行表明，資源三號是目前我國綜合精度最高的遙感測繪衛(wèi)星，多項技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到或優(yōu)于國外同類型的測繪衛(wèi)星。

DOM，是數(shù)字正射影像圖(Digital Orthophoto Map)的縮寫，是利用DE M 對航空或航天影像經(jīng)逐像元進(jìn)行輻射改正、微分糾正和鑲嵌，并按規(guī)定圖幅范圍裁剪生成的形象數(shù)據(jù)，帶有公里格網(wǎng)、圖廓(內(nèi)、外)整飾和注記的平面圖。它可作為背景控制信息，評價其它數(shù)據(jù)的精度、現(xiàn)實性和完整性，也可從中提取自然資源和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展信息，為防災(zāi)治害和公共設(shè)施建設(shè)規(guī)劃等應(yīng)用提供可靠依據(jù)。

雖然利用資源三號衛(wèi)星影像生產(chǎn)1:1萬基礎(chǔ)測繪山地及高山地的系列產(chǎn)品已在一些生產(chǎn)單位投入使用，但其生產(chǎn)的產(chǎn)品精度亦待檢測。本文將結(jié)合兩個1:1萬基礎(chǔ)測繪項目針對利用資源三號衛(wèi)星影像生產(chǎn)1:1萬基礎(chǔ)測繪DOM 的精度進(jìn)行初步探索。

2.資三影像及PixelGrid 簡介

2.1 資三影像簡介

資源三號測繪衛(wèi)星，簡稱ZY3，是中國第一顆民用高分辨率光學(xué)傳輸型測繪衛(wèi)星。

以往航空攝影，受天氣因素影響很大，比如有雨的天氣就不能拍攝，導(dǎo)致一年成像面積只有70萬到100萬平方公里，而且是把所有比例尺都算上的，而資源三號衛(wèi)星為解決這個矛盾，利用回訪功能，以特區(qū)為單位，可以避開受天氣因素影響的地方選擇其他拍攝地方，并且生成的是一個可量測的實體模型，我們可以通過計算機(jī)直接量測實體模型，不用全部到野外進(jìn)行實地測量，就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集，同時也實現(xiàn)了影像加工和整理的整體數(shù)字化。

1:1萬基礎(chǔ)測繪所用的資三影像數(shù)據(jù)由國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應(yīng)用中心提供，其坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS84，投影方式是UTM 投影。

2.2 PixelGrid 簡介

2.2.1 基本情況

高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)一體化測圖系統(tǒng)PixelGrid 是由中國測繪科學(xué)研究院自主研發(fā)的“十一五”重大科技成果，獲得2009年度國家測繪科技進(jìn)步一等獎。該軟件是我國西部1:5萬地形圖空白區(qū)測圖工程以及第二次全國土地調(diào)查工程的主力軟件，被譽(yù)為國產(chǎn)的“像素工廠”，可以完成遙感影像從空中三角測量到各種比例尺的DLG、DEM/DSM、DOM 等測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)。

2.2.2 PixelGrid 制作DOM 的優(yōu)勢

在利用資三影像制作1:1萬基礎(chǔ)測繪正射影像的項目中，筆者做過多種軟件的實驗及精度檢測，之所以最終選擇Pixel-Grid 系統(tǒng)，是因為其基于多基線、多重匹配特征的自動匹配技術(shù)。

PixelGrid 系統(tǒng)首次提出并研發(fā)了獨特的基于多基線、多重匹配特征的自動匹配技術(shù)，采用由粗到細(xì)(coarse-to-fine)的多級影像匹配策略，綜合集成多種成熟的、性能互補(bǔ)的影像匹配算法，在匹配算法的各個子模塊之間進(jìn)行質(zhì)量控制、自動進(jìn)行匹配粗差定位和剔除，充分利用高分辨率遙感影像所提供的新特點 (高信噪比、高反差的影像，高地面覆蓋重疊率等)，獲取成像區(qū)域的高精度DEM，有效解決了復(fù)雜地形條件下DEM/DSM 的全自動提取。

正是因為其基于多基線、多重匹配特征的自動匹配技術(shù)，可以全自動提取高精度的DEM，進(jìn)而可以制作出高精度的正射影像，因此才最終選擇它來制作DOM。

3.制作DOM 流程

利用PixelGrid 處理資三影像制作DOM，是在資三影像加密得到經(jīng)過各級檢查及修改的成果基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。在制作DOM 時，主要是用PixelGrid 里的“數(shù)字高程模型提取”、“ 正射影像生成拼接”兩個菜單來實現(xiàn)的，通過生成核線影像、匹配種子點線立體量測、自動影像匹配生成高精度的DEM，然后再利用DEM 來生成DOM 并進(jìn)行自動拼接進(jìn)而得到DOM 成果。就整個項目而言，制作DOM 的流程如圖1:

圖1 資三影像制作DOM 流程

4.精度評估

用資三影像生產(chǎn)的DOM 制作完成之后，為了檢測其幾何精度，筆者從像控點的精度比對、用資三影像所測線狀地物與衛(wèi)片DOM 的套合、用航片所測線狀地物與衛(wèi)片DOM 的套合、等高線與衛(wèi)片DOM 的套合等幾個方面進(jìn)行了精度比對。設(shè)計書對于使用資三影像區(qū)域平面精度的要求是“凡是采用資源三號衛(wèi)片的測區(qū)，所有地類平面精度放寬0.5 倍”，由此推算區(qū)域網(wǎng)絕對定向中基本定向點在山地與高山地的平面殘差應(yīng)為6.0 米，而衛(wèi)星遙感影像DOM 的平面位置精度根據(jù)《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品1:10 000 1:50 000 生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程第3 部分:數(shù)字正射影像圖(DOM)》5.3a 表述“一般情況下衛(wèi)星遙感影像DOM 的點位中誤差不大于2 個像元”，根據(jù)資三影像資料推算，衛(wèi)片DOM 的平面位置精度應(yīng)為6 米。

4.1 像控點的精度比對

像控點的精度對比實際就是計算區(qū)域網(wǎng)絕對定向中基本定向點平面位置的中誤差。兩個生產(chǎn)性試驗項目涉及到用資三影像部分區(qū)域的DOM 制作完成后，筆者將像控點在立體模型里量測的坐標(biāo)與其像控成果坐標(biāo)做了比對，結(jié)果如表1、表2:

表1 項目之一的像控點平面精度中誤差

表2 項目之二的像控點平面精度中誤差

由比對結(jié)果可以看出，像控點的精度是比較理想的。

4.2 DOM 與線狀地物的精度比對

4.2.1 DOM 與資三影像所測線狀地物的精度比對

資三影像加密完成、經(jīng)過各級檢查及修改之后，即投入測圖生產(chǎn)，筆者在兩個項目中均勻地選擇了些線狀地物，將其與衛(wèi)片DOM 疊加后發(fā)現(xiàn)套合情況良好，平面位置基本相差在0.5 米～2 米之間，如圖2、圖3、圖4:

圖2 衛(wèi)片DOM 與衛(wèi)片地物套合1

圖3 衛(wèi)片DOM 與衛(wèi)片地物套合2

圖4 衛(wèi)片DOM 與衛(wèi)片地物套合3

4.2.2 DOM 與航片所測線狀地物的精度比對

在這次兩個生產(chǎn)性試驗的項目中，有部分圖幅由于是丘陵地或是資三影像未能全覆蓋而選擇航片生產(chǎn)，但也有部分資三影像與航片重疊的區(qū)域，筆者在重疊區(qū)域的航片內(nèi)均勻地選擇了些不易發(fā)生變化的線狀地物進(jìn)行測繪，并將測繪的結(jié)果導(dǎo)入資三影像制作的DOM 中進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)線狀地物與衛(wèi)片DOM套合情況良好，平面位置基本相差在0.5 米～2 米之間，個別相差較大的也在3、4 米左右。

4.3 DOM 與等高線的精度比對

對于已經(jīng)測繪完成的等高線，筆者均勻地選擇了山地和高山地的等高線與衛(wèi)片DOM 進(jìn)行套合查看，發(fā)現(xiàn)套合情況良好。根據(jù)多年航測經(jīng)驗，山勢陡峭區(qū)域的等高線，用航片生產(chǎn)出來的DOM 與等高線的套合情況一般都不太理想，而試驗區(qū)域的衛(wèi)片DOM 與等高線的套合精度還是比較理想的，平面位置的套合差也基本都在0.5 米～2 米之間，個別相差較大的也均未超限。等高線與衛(wèi)片DOM 套合例圖如下:

圖5 衛(wèi)片DOM 與衛(wèi)片等高線套合1

圖6 衛(wèi)片DOM 與衛(wèi)片等高線套合2

根據(jù)衛(wèi)片DOM 與各類線狀地物及等高線的對比情況可以看出，其平面位置精度還是比較理想的。而成果DOM 也因反差適中、色調(diào)均勻，質(zhì)量情況表現(xiàn)良好。

5.總結(jié)

雖然利用資源三號衛(wèi)星影像及PixelGrid 生產(chǎn)的1:1萬基礎(chǔ)測繪山地及高山地的正射影像在筆者經(jīng)歷的這兩個生產(chǎn)性試驗項目中均得到了比較好的精度評估，但其結(jié)果也只能作為生產(chǎn)當(dāng)中的一種借鑒與參考。在后續(xù)的項目中，筆者將繼續(xù)跟蹤、統(tǒng)計相關(guān)的精度統(tǒng)計，以便在基礎(chǔ)測繪項目及其它項目中更好地利用資源三號衛(wèi)星影像資源，促進(jìn)我國衛(wèi)星事業(yè)的更好發(fā)展。

［1］中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心網(wǎng)站.2013.

［2］PixelGrid 軟件用戶手冊.2012.

［3］廣東測繪院.1:10000 基礎(chǔ)測繪設(shè)計書.2013.

［4］黨安榮，王曉棟，陳曉峰，張建寶.《遙感圖像處理方法》.清華大學(xué)出版社.2003.

［5］官云蘭等，《基于ERDAS IMAGINE 的數(shù)字正射影像圖的制作》.測繪通報.2005年第十二期.

［6］方劍強(qiáng).《生產(chǎn)數(shù)字正射影像圖(DOM)的若干技術(shù)問題探討》.測繪與空間地理信息.2007年第三期.