高分辨率遙感立體像對(duì)在水電站測(cè)圖中的應(yīng)用

黃文鈺,尚海興,王 明

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

為滿足大面積水域與高山峽谷、人員難以企及等區(qū)域的地形圖測(cè)繪需要，本文以某大型水電站庫(kù)區(qū)測(cè)圖項(xiàng)目為依托，開(kāi)展高分辨率衛(wèi)星立體像對(duì)在大比例尺測(cè)圖中的應(yīng)用研究。通過(guò)優(yōu)化像控方案，對(duì) WorldView3立體像對(duì)進(jìn)行空三加密與立體采集實(shí)驗(yàn)，然后進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)，分析總結(jié)利用WorldView3立體像對(duì)，使用少量像控點(diǎn)保證1∶2 000地形圖的作業(yè)方案、生產(chǎn)流程及產(chǎn)品質(zhì)量控制方法。

1 測(cè)區(qū)與影像資料概況

1.1 測(cè)區(qū)概況

某大型水電站位于黃河干流上，測(cè)區(qū)面積約為1 100 km2。黃河自西向東穿行于峽谷中，兩岸峭壁陡立，河道狹窄，水流湍急，最窄處僅有30 m左右，兩岸相對(duì)高度約200～300 m，最高可達(dá) 800 m。測(cè)區(qū)部分區(qū)域人員設(shè)備難以到達(dá)，像控布設(shè)具有相當(dāng)大的難度；水域面積大，陰雨天氣多，也給數(shù)據(jù)獲取與處理造成較大的困難。

1.2 衛(wèi)星影像立體像對(duì)資料

WorldView3是美國(guó)DigitalGlobe公司第四代高解析度光學(xué)衛(wèi)星，2014年8月發(fā)射后在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被認(rèn)為是全球分辨率最高、響應(yīng)最敏捷的商業(yè)成像衛(wèi)星[1]。該衛(wèi)星運(yùn)行在高度496 km、傾角98°、周期94.6 min的太陽(yáng)同步軌道上，平均重訪周期為 1.7 d，每天能夠拍攝多達(dá)50萬(wàn) km2的高分辨率影像。衛(wèi)星能夠快速瞄準(zhǔn)要拍攝的目標(biāo)和有效地進(jìn)行同軌立體成像。

本項(xiàng)目使用WorldView3的0.3 m分辨率全色立體像對(duì)與1.2 m分辨率多光譜立體像對(duì)，立體像對(duì)的獲取時(shí)間為2017年6月，拍攝面積為 1 227 km2。

2 立體像對(duì)空三測(cè)圖實(shí)驗(yàn)

2.1 空三加密

利用衛(wèi)星立體像對(duì)測(cè)圖的生產(chǎn)流程如圖1所示，主要是利用遙感影像立體像對(duì)和RPC參數(shù)[2]，加入野外實(shí)測(cè)控制點(diǎn)進(jìn)行空三加密，恢復(fù)空間立體模型,在立體模型下進(jìn)行量測(cè)、生產(chǎn)地形圖[3]。其中空三加密作為內(nèi)外業(yè)的紐帶，是最重要的環(huán)節(jié)。

圖1 衛(wèi)星立體像對(duì)航 測(cè)生產(chǎn)流程圖

空三加密的具體步驟如下：

(1) 根據(jù)分塊信息“.til”文件實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星影像的分塊自動(dòng)拼接，拼接成完整的一景“.tif”影像。

(2) 根據(jù)具體項(xiàng)目需求，將影像轉(zhuǎn)換為測(cè)圖軟件能夠識(shí)別和顯示的格式。

(3) 生成金字塔影像，并進(jìn)行影像增強(qiáng)，可供影像匹配使用。

(4) 建立工程，對(duì)影像指定rpc參數(shù)，進(jìn)行自動(dòng)連接點(diǎn)提取與匹配；若連接點(diǎn)強(qiáng)度不夠，可加入部分人工連接點(diǎn)。

(5) 導(dǎo)入控制點(diǎn)文件，進(jìn)行控制點(diǎn)預(yù)測(cè)及量測(cè)。

(6) 進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，根據(jù)平差結(jié)果進(jìn)行像控點(diǎn)和連接點(diǎn)的立體觀測(cè)及調(diào)整。

(7) 引入檢查點(diǎn)，對(duì)空三結(jié)果進(jìn)行檢查，滿足規(guī)范后導(dǎo)入測(cè)圖軟件進(jìn)行立體檢查，合格后方可進(jìn)入立體采集環(huán)節(jié)。

為提高處理速度，空三加密采用0.3 m分辨率的全色立體像對(duì)，根據(jù)GB 23236—2009《數(shù)字航空攝影測(cè)量 空中三角測(cè)量規(guī)范》的要求，空三加密的精度必須滿足表1中1∶2 000的要求[4]。

2.1.1 像控點(diǎn)檢查

按照規(guī)范要求對(duì)外業(yè)像控點(diǎn)進(jìn)行檢查，像控點(diǎn)布設(shè)應(yīng)根據(jù)像對(duì)的覆蓋情況進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)、布設(shè)區(qū)域盡可能大于測(cè)圖范圍的原則,均勻分布在影像的四周和中部。點(diǎn)位應(yīng)選擇在常年相對(duì)固定的明顯的地物、明顯線狀地物交角中心、小于 0.3 m的點(diǎn)狀地物中心等；并應(yīng)做好點(diǎn)位標(biāo)記，繪制點(diǎn)位略圖[5]。

檢查點(diǎn)要求目標(biāo)在每幅影像上明顯、清晰、易讀，在實(shí)地易于準(zhǔn)確定位和量測(cè)，要求做好點(diǎn)位標(biāo)記，檢查點(diǎn)要求每km2布設(shè) 1～5個(gè)，并盡量在圖幅范圍內(nèi)均勻分布[7]。

表1 基本定向點(diǎn)殘差、檢查點(diǎn)誤差、公共點(diǎn)較差最大限值表 /m

2.1.2 區(qū)域網(wǎng)平差

為保證測(cè)圖精度，采用常規(guī)的像控點(diǎn)布設(shè)方案，在影像的四周和中部均勻布點(diǎn)，另外在水邊、影像拐角等處加布一些像控點(diǎn)與像控檢查點(diǎn)[8]。

利用以上的像控點(diǎn)成果內(nèi)業(yè)判刺后平差，空三加密精度如表2所示。

表2 空三加密精度統(tǒng)計(jì)表

平差結(jié)果能夠達(dá)到1∶2 000比例尺地形圖空三加密的精度要求，可以滿足后續(xù)工序的使用。

2.1.3 像控點(diǎn)優(yōu)化

通過(guò)實(shí)驗(yàn)探索像控點(diǎn)布設(shè)的優(yōu)化方案，僅保留影像周圍和中間的像控點(diǎn)。利用少量的像控點(diǎn)進(jìn)行空三加密實(shí)驗(yàn)，然后統(tǒng)計(jì)空三加密精度。像控點(diǎn)優(yōu)化前后像控點(diǎn)數(shù)比較見(jiàn)圖2、3。

圖2 像控點(diǎn)優(yōu)化前后精度比較圖

圖3 像控點(diǎn)優(yōu)化前后像控點(diǎn)數(shù)比較圖

實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)像控方案優(yōu)化后的空三加密精度能夠也完全滿足1∶2 000地形圖山地精度要求，能夠進(jìn)行立體采集。

表3 優(yōu)化像控方案后的空三加密精度統(tǒng)計(jì)表

結(jié)果表明，像控優(yōu)化后的空三加密精度較優(yōu)化前略有降低，但均嚴(yán)格滿足1∶2 000地形圖的規(guī)范要求；而且優(yōu)化后像控點(diǎn)數(shù)目大幅度減少，較大程度減少了外業(yè)工作量，縮短了項(xiàng)目工期，獲得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 立體測(cè)圖

大部分區(qū)域采用0.3 m分辨率全色立體像進(jìn)行立體采集即可滿足1∶2 000地形圖測(cè)圖精度。為提高視覺(jué)效果，方便立體判讀，部分較難判別或地物較多的區(qū)域可采用0.3 m分辨率全色立體像對(duì)與1.2 m分辨率多光譜立體像對(duì)進(jìn)行融合，再對(duì)融合后的影像用空三加密的結(jié)果建立立體像對(duì)，進(jìn)行立體采集；但此方法較使用全色立體像對(duì)來(lái)說(shuō)，影像數(shù)據(jù)量較大，采集速度也相應(yīng)下降。

在立體模型上對(duì)部分的實(shí)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行精度檢查，得到的結(jié)果如表4所示。

表4 立體實(shí)測(cè)檢查點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)實(shí)測(cè)點(diǎn)對(duì)比檢查，表明利用立體采集的DLG的平面與高程精度均滿足1∶2 000地形圖精度要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)于人員設(shè)備難以企及、實(shí)測(cè)與航飛困難都較大的大型水電站的測(cè)圖項(xiàng)目，采用高分辨率的遙感立體像對(duì)進(jìn)行處理，在提高精度與效率方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與技術(shù)改進(jìn)。利用0.3 m高分辨率的遙感立體像對(duì)進(jìn)行空三加密，然后對(duì)全色和多波段影像進(jìn)行融合，得到較好的立體視覺(jué)，提高了測(cè)圖效率和精度；另外在保證1∶2 000測(cè)圖精度的前提下，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，優(yōu)化像控點(diǎn)布設(shè)方案，能較大程度減少外業(yè)工作量，提高成圖效率，從而縮短生產(chǎn)周期，帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益，具有較大的實(shí)用性與推廣性。