Pléiades衛星影像正射處理中像控點布設方案研究

林小波

（1.廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500）

Pléiades衛星影像正射處理中像控點布設方案研究

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）衛星影像正射處理中采用不同像控點布設方案校正后的精度，以粵東區域一景Pléiades 1A級產品全色影像為例，利用現場采集的28個地面控制點和1∶10 000的DEM產品，采用了2×2、2×2+1、3×2、4×2、3×3、4×4這6種像控點布設方案進行正射校正測試，并對成圖精度進行了分析。結果表明，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，未見系統性差異，且這幾種像控點布設方案得到的正射影像均能滿足1∶5 000成圖精度要求。按照現行質量評定標準，想要達到優質產品質量要求，單景至少需要6個像控點方可滿足要求，綜合考慮生產成本的投入，確定最佳布設方案為9個點。同時采用了廣州城區一景數據對上述實驗情況進行了檢核，結果與測試結果相當。將該結果用于廣東地區約95 000 km2正射影像生產，最終檢測結果也與測試結果一致，證明了測試結果可靠，具有一定的推廣價值。

Pléiades；像控點布設方案；正射處理

Pléiades高分辨率衛星星座由2顆完全相同的衛星Pléiades-HR 1A/1B組成，兩顆衛星在相同軌道互成180°夾角運行，其中Pléiades-HR 1A于2011-12-17發射，Pléiades-HR 1B于2012-12-01發射，雙星配合可實現全球任意地區的每日重訪[1]，很大程度上滿足了任何地區的超高分辨率數據快速獲取的需求。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系數來實現定位，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工作量和項目成本。那么，像控點到底達到什么樣的數量才能滿足實際生產的需要，實現質量與效益的最佳組合呢？針對其他中高分辨率衛星影像的正射處理，已經有大量的研究成果[2-7]，這些研究成果對于Pléiades是否可行呢？為此，筆者結合廣東省第一次全國地理國情普查數字正射影像生產的需要，從成圖精度、成果質量等方面出發，探討了利用Pléiades影像制作1∶5 000數字正射影像的像控點最佳數量與分布方案。

1 數據源及實驗方案

為分析不同布點方案對成圖精度、可靠性方面的影響，選擇了粵東區域一景Pléiades全色影像進行實驗，數據獲取時間為2013-01-11，原始影像分辨率為0.7 m，側視角11.653°。實驗地形類別為山地，為檢驗最終的成果精度，根據幾種像控點布設方案及檢測的需要，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測繪1∶10 000比例尺、5 m×5 m格網間距的數字高程模型。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公司開發的專業遙感圖像處理與地理信息系統軟件）正射校正模塊中的有理函數模型進行了校正實驗，其中有理函數模型階數為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，坐標不符值統計如表1 所示。

實驗結果表明，各種實驗方案的檢查點殘差各向異性，未見系統性差異。表1結果表明，像控點數量由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方案，均能滿足1∶5 000數字正射影像的平面精度要求[9]。同時，隨著像控點數量的增加，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果

像控點由2×2增加到4×4，數量增加3倍多，成圖精度雖然有所提高，但與投入的像控點數量增長不成比例。從成本的角度出發，2×2的像控點布設方案已可滿足成圖需要。但根據現行質量評定標準[10]，要到達優質測繪成果質量要求，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的像控點布設方案不能滿足優質成果質量要求，從3×2到4×2以及從4×2到3×3的像控點布設方案中，每景像控點的數量僅增加了1～2個點，但是對精度提高較為顯著。從性價比來看，3×3是較為理想的布設方案。

為驗證實驗結果的可靠性，選擇了廣州市城區的一景數據，數據獲取時間為2013-11-03，側視角為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，結果與上述檢測結果相當，說明上述實驗結果可靠。

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 等高分辨率衛星遙感影像制作覆蓋普查任務區的1∶5 000基礎底圖。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的方式布設像控點）完成了Pléiades像控點布設與施測。同時按照每景2個檢查點的標準，布設了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%）。結果表明，按照3×3的像控點布設方案校正的成果完全滿足1∶5 000成果的精度要求，按照質量評定標準中位置精度質量元素的計算方法，根據檢測中誤差值計算得分92.4，達到項目設計優質成果目標。

3 結 語

Pléiades衛星影像在按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，未見系統性差異，均能滿足1∶5 000成圖的精度要求。按照現行測繪成果質量評定標準，為保證成果質量達到優質成果的要求，對結果進行了縱向比較。綜合考慮實際生產投入成本,研究總結Pléiades衛星影像正射處理中的像控點最佳布設方案，最后得出3×3的像控布點方案是最佳方案。

根據研究結果，建議廣東省第一次全國地理國情普查基礎底圖生產采用3×3的像控布點方案。實際生產中共采集了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，成果質量達到優秀，實現了設計目標。實際證明，3×3的像控點布設方案可行，具有一定的推廣價值。

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[8] GB/T 24356-2009.測繪成果質量檢查與驗收[S].

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

[10] GB/T 18316-2008.數字測繪成果質量檢查與驗收[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。