利用高分辨率遙感立體像對生產(chǎn)正射影像的實驗研究

□李永軍

（山西省基礎地理信息院，山西太原030001）

利用高分辨率遙感立體像對生產(chǎn)正射影像的實驗研究

□李永軍

（山西省基礎地理信息院，山西太原030001）

通過對高分辨率衛(wèi)星遙感立體測圖技術與應用現(xiàn)狀分析，以此為基礎針對高分辨率衛(wèi)星影像的生產(chǎn)進行實驗驗證，通過航空攝影測量的方法進行區(qū)域網(wǎng)平差、自動DSM匹配到最后正射影像的生成進行了詳細介紹，并對實驗結果進行了分析驗證。

高分辨率衛(wèi)星影像；立體測圖；生產(chǎn)實驗；精度分析

一、引言

衛(wèi)星成像技術及立體成像能力的發(fā)展，使得衛(wèi)星測繪（Satellite Mapping）成為了地理空間信息獲取與持續(xù)更新的主要技術手段之一，多線陣立體成像以及空間分辨率持續(xù)提升，使航天攝影測量與航空攝影測量并存，優(yōu)于0.5米分辨率立體像對，可滿足1∶5000及更大比例尺測圖要求。

二、高分辨率衛(wèi)星遙感立體測圖技術與應用現(xiàn)狀

國外學者利用GeoEye-1立體影像，對澳大利亞霍巴特地區(qū)（最低高程接近海平面，最高1200米），利用WorldView-2立體影像對新加坡Punggol地區(qū)，利用IKONOS立體影像對新加坡Kallang地區(qū)進行實驗。云南省航測遙感信息院利用WorldView-1立體影像對云南邊境地區(qū)，北京市測繪設計研究院利用GeoEye-1衛(wèi)星影像對國內某區(qū)域（該區(qū)域平均海拔為87米，試驗區(qū)西北部為山區(qū)，東北部為平原，西南部為城鄉(xiāng)結合部并覆蓋部分河流，東南部為城區(qū)）成功進行了地形圖測繪。

基于以上國內外的實驗，山西省基礎地理信息院特此立項，進行了高分辨率衛(wèi)星遙感立體測圖實驗，為實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)提供了理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗。

三、Worldview衛(wèi)星影像生產(chǎn)實驗

本次選擇0.5米分辨率的兩景Worldview全色數(shù)據(jù)，構成立體像對，生產(chǎn)實驗，旨在通過實踐完成以下幾個方面的運行能力，為日后廣泛應用此技術提供數(shù)據(jù)支持。

·區(qū)域網(wǎng)平差精度

·自動（DSM）匹配

·正射影像圖生產(chǎn)能力

本次實踐基于原始立體像對、控制點坐標及刺點片，完成區(qū)域網(wǎng)平差，影像數(shù)據(jù)構建立體像對，通過影像匹配生產(chǎn)粗精度數(shù)字高程模型（DEM），并用于數(shù)字正射影像圖（DOM）的生產(chǎn)。

1.像控及區(qū)域網(wǎng)平差

集群式多源影像處理系統(tǒng)區(qū)域網(wǎng)平差模塊，利用有理多項式模型，提供同軌、異軌立體模型、長條帶衛(wèi)星影像定向處理，支持無控、稀少控制和常規(guī)控制條件下的平差解算。

針對本次的構成立體像對的兩景全色Worldview試驗數(shù)據(jù)，采用采集控制點及自動匹配連接點的方式，基于RPC模型進行平差。控制點數(shù)據(jù)外業(yè)控制，共8個（注：有效點6個，其中由于時像差異P04、P05兩個點位置不能識別，其中布設控制點5個，檢查點1個），同時在影像重疊區(qū)采集9個連接點，保證相對定向關系，點位分布及平差精度報告如圖1所示。

圖1 試驗區(qū)定向點位分布圖（紅色表示控制點，綠色表示連接點，藍色表示檢查點）

對軟件自動匹配的連接點進行隨機抽取檢查，對自動匹配的連接點精度進行檢查（平差精度見表1），精度較高，點位分布合理，滿足區(qū)域網(wǎng)平差連接的要求。具體如圖2-圖3所示：

圖2 自動匹配連接點精度1

圖3 自動匹配連接點精度2

表1 試驗區(qū)平差精度報告

加密點像點誤差 像方X（像素） 像方Y（像素） X方向殘差（像素） Y方向殘差（像素）1 12845.896 10711.749 23378.843 10995.663 1635.253 21308.13 12821.234 988.775 12027.318 21216.572 1827.432 21426.832 23524.931 1663.085 23136.766 1697.268 1404.092 0.146 23584.448 0.009 1868.922 0.01 12595.058 0.352 12706.069 0.015 1584.934 -0.015 23250.308 -0.114 23748.048 -0.029 2087.321 0.004 0.038 0.023 0.008 0.071 0.006 -0.262 0.082 0.013 0.012 0.127 -0.003 0.179 -0.026 0.034 0.003 0.049 0.008 0.196 -0.022 1 -0.006 1 -0.086 1 -0.022 1 0.007 1 0.015 1 -0.019 1 -0.012 1 0.356控制點精度 點名 經(jīng)度（度） 緯度（度） 高程（米）X方向殘差（米）Y方向殘差（米）XY殘差（米）高程殘差（米）P01 P02 P03 A8中誤差112.5685936 112.6857096 112.6131109 112.68 37.79744085 37.7934146 37.75793271 37.6957 755.7 854.8 756.038 765.1 -0.014028437 -0.145797847 0.4822874490 -0.811884101 0.120283378 -0.263847758 0.203922368 -0.196613229 0.121098671 0.301450911 0.524168118 0.835351756 0.5533 -1.3205 1.0065 -1.2516 0.236 0.302 0.948檢查點精度 點名 經(jīng)度（度） 緯度（度） 高程（米）高程殘差（米）P04 P05 X方向殘差（米）Y方向殘差（米）XY殘差（米）112.6479146 112.5703187 37.73661563 37.74246129 766.105 752.993 -0.110 0.356 -0.424 -0.081 0.438 0.365 1.429 1.634中誤差0.263 0.305 0.403 1.535

2.自動DEM生產(chǎn)

集群式多源影像處理系統(tǒng)提供自動、高效的DSM匹配技術，能夠快速獲取測區(qū)DSM點云數(shù)據(jù)。系統(tǒng)根據(jù)不同數(shù)據(jù)源的處理特點和不同作業(yè)需求，為用戶提供業(yè)務流的作業(yè)方式。整個作業(yè)過程采用流程化、一鍵式的作業(yè)，用戶只需進行簡單的參數(shù)設置，無需人工干預與等待，節(jié)省了項目時間。

本次DEM自動生產(chǎn)流程作業(yè)方案，如圖4所示：

圖4 DEM自動生產(chǎn)作業(yè)方案-衛(wèi)片全流程

試驗區(qū)共有1對立體模型完成自動DSM匹配并最終生成完整的DEM。圖5為這對立體像對5米格網(wǎng)的自動DEM成果。

圖5 5米格網(wǎng)自動DEM生產(chǎn)效果圖

圖6 中心城區(qū)

圖7 水體

圖8 建筑

圖9 立交橋

（2）DOM裁切

將整景影像按1∶10000標分幅外擴50米進行裁切分幅。

（3）成果輸出

DEM和DOM都為西安坐標系—1980 114°帶成果。

DEM以BIL的格式整塊輸出命名為：DemMosaicResult.bil。格網(wǎng)間距為：5×5米。

全色影像以TIF+TFW格式輸出；像元大小為0.5米；數(shù)據(jù)類型為：Unsigned 6-bit。

影像命名都為：1∶10000標分幅圖號。

4.精度檢查

本次對Worldview數(shù)據(jù)DOM成果進行檢查，具體DOM成果檢查內容如下：

（1）圖面效果檢查

對DOM成果進行色彩（偏色、色差等）、地物扭曲、地物拉花、地物錯位等檢查，自動化處理的DOM成果圖面效果較好，滿足國家標準規(guī)范要求。

（2）平面精度檢查

進行DOM精度檢查，共有6個檢查點（注：將控制點作為DOM檢查點，但由于控制點與DOM成果投影不同，原始控制點由WGS 84/UTM zone 49N，投影變換現(xiàn)轉為CGCS 2000/Gauss-Kruger CM 114E成果坐標系）。檢查點分布圖以及每個檢查點的殘差和整體中誤差如圖10所示：

圖10 DOM質量檢查點分布圖

表2 檢查點精度統(tǒng)計表

從表2可以看出，由自動DOM生產(chǎn)系統(tǒng)進自動DOM生產(chǎn)，其中檢查點最大殘差0.49米，平均中誤差0.40米。

四、精度分析及結論

本次誤差統(tǒng)計采用外業(yè)實測點進行檢查，點數(shù)總共55個。

外業(yè)點采用GPS-RTK測得，誤差±2厘米，點位分布也較為均勻，可以真實反映檢驗成果的精度。

利用這55個點我們分別對Worldview衛(wèi)星的DOM及DLG成果進行了誤差統(tǒng)計。結果見表3。

表3 檢查點誤差統(tǒng)計表

通過誤差統(tǒng)計可知用0.5米分辨率的Worldview衛(wèi)星影像生產(chǎn)1∶10000地形圖是可以完全滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的。通過這次生產(chǎn)試驗，充分檢驗了山西省基礎地理信息院的處理衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的能力，同時為以后衛(wèi)星數(shù)據(jù)的生產(chǎn)奠定了堅實的基礎。

【1】CH/T 1015.1-2007《基礎地理信息數(shù)字產(chǎn)品1∶10000、1∶50000生產(chǎn)技術規(guī)程第1部分：數(shù)字線劃圖（DLG）》.

【2】CH/T 1015.3－2007《基礎地理信息產(chǎn)品1∶10000、1∶50000生產(chǎn)技術規(guī)程第三部分：數(shù)字正射影像圖（DOM）》.

【3】GB/T 23236-2009《數(shù)字航空攝影測量 空中三角測量規(guī)范》.

【4】GB/T 18314-2009《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》.

李永軍（1974年——），男，山西曲沃人，工程師，1998年畢業(yè)于哈爾濱工程高等專科工程測量專業(yè)，現(xiàn)在山西省基礎地理信息院工作，主要負責分院技術及管理工作。

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2095-7319（2014）02-0066-07