遙感衛星影像精度糾正試驗研究

韓泳敬

（廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510510）

1 試驗概況

1.1 現狀概述

近年來，在優于一米遙感衛星影像制作項目中，使用2014 年的廣東省第一次地理國情普查正射影像項目影像成果作為影像定向糾正參考底圖，因其時像和實地地物距今均變化較大，軟件自動定向匹配效果逐年不佳，已不能滿足項目生產需要。需使用時相較新且滿足精度要求的影像成果替代，以提高生產效率。

1.2 試驗目的

為提高項目生產效率，針對當前參考底圖定向糾正自動匹配效果不佳的問題，選用2019-2020 優于0.5 米分辨率衛星遙感影像DOM 制作項目DOM 成果作為影像定向糾正新參考底圖，驗證采用新參考底圖糾正制作的影像是否滿足項目要求。

2 資料情況

2.1 基礎原始影像

部、省衛星遙感中心統一分批推送的衛星遙感影像。分辨率優于1 米，主要包括高分二號（GF2）、北京二號（BJ2）等，另外根據數據獲取和有效覆蓋情況，統一協調獲取QuickBird、WorldView-1/2/3/4、Pléiadess-1A/1B、GeoEye-1等國外高分辨率衛星遙感影像，完成全省范圍的覆蓋。

2.2 基礎參考底圖

2019-2020 年優于0.5 米分辨率衛星遙感影像DOM 制作項目成果。坐標系為2000 國家大地坐標系，高程系統為1985 國家高程基準,tiff 格式,分辨率為0.5 米，平面精度中誤差設計要求為：平地、丘陵±2.5 米，山地、高山地±3.75 米，成果平面精度均滿足設計要求，由2018 年-2019年采集的衛星影像和航攝影像生成，覆蓋全省。

2.3 精度檢測影像

2015 年生產的廣東省高分辨率航空影像數據建設項目數字正射影像圖。坐標系為2000 國家大地坐標系，高程系統為1985 國家高程基準；成圖比例尺1:2000；TIFF 格式；分辨率優于0.2 米，平面精度中誤差設計要求為：平地、丘陵±1.2 米，山地、高山地±1.6 米，成果平面精度均滿足設計要求。由2013 年-2015 年采集的航攝影像生成，覆蓋全省。

2.4 基礎高程資料

廣東省數字高程模型更新項目數字高程模型成果。2000國家大地坐標系，高斯—克呂格3°分帶投影、中央子午線分別為111°、114°、117°，1985 國家高程基準，格網尺寸2 米×2 米，高程中誤差精度設計要求為平地0.5 米、丘陵0.7 米、山地1.5 米、高山地2 米，成果均滿足精度要求。范圍覆蓋全省，由2017-2018 年航攝采集的激光點云生成。

3 試驗方案

3.1 試驗區概況

本次試驗區域主要位于粵東、粵西、粵北、珠三角地區，原始影像數據源包括北京二號、高分二號、高景一號、WorldView 等常用的衛星影像數據源，區域包括懷集縣、廉江市、陽春市、普寧市、惠來縣、陽山縣、寶安區、梅縣區、蕉嶺縣等，地形類型包括平地、丘陵、山地。

3.2 試驗方法

在遙感影像生產中，成果精度主要體現在全色影像上，因此本項目主要分析全色影像的糾正精度。

（1）以基礎參考底圖影像和基礎高程資料為基礎，抽取不同地形類型、不同數據源、分布在不同分辨率底圖區域的衛星影像，使用影像處理軟件全自動完成衛星影像的定向、糾正等處理步驟得到單景正射影像成果，對全自動處理得到的全色影像的精度、匹配點數量及其分布等進行分析，并使用高分影像對成果進行平面精度檢測，統計分析其精度情況，分析以優于0.5 米分辨率衛星遙感影像DOM 制作項目成果影像作為參考底圖的定向方法能達到的精度等級。[1]

（2）抽取部分不同類型原始影像進行全人工定向、糾正等處理步驟得到單景正射影像，分析無法自動選點或自動匹配點位不均勻、某個區域缺點等時利用人工進行選點（配準點數較少）的情況下正射影像的精度等級。[2]

本次使用PIEOrtho 影像處理軟件進行測試，軟件可自動處理衛星影像定向匹配、糾正等影像常規操作，搭載國內外常用衛星RPC 模型，支持國內外主流衛星影像自動化處理。軟件處理時，紋理質量和幾何均勻度等參數設置為一般，誤差閾值設置為標準RPC 模型誤差閾值等影像糾正常規參數設置。試驗具體流程如上圖1 所示。[3]

圖1 試驗流程圖

4 試驗結果分析

4.1 全自動定向統計情況

通過全自動定向統計，具體統計情況如表1～表3 所示。

表1 單景定向點分布、數量及中誤差情況統計

表2 單景中誤差情況統計

表3 總平面精度情況分析

4.2 人工定向情況

在人工選點中一般要求：對全色影像上中下位置均勻各選擇至少3 個明顯地物點，具體如表4～表6 所示。

表4 單景定向點分布、數量及中誤差情況統計

表5 單景中誤差情況統計

表6 總平面精度情況分析

4.3 試驗結果分析

根據上表全自動定向統計情況和人工定向統計可以看出：

（1）采用全自動定向糾正時，不同衛星類型和地形類型的影像的點位匹配數量充足，分布均勻，匹配效果良好。全色影像定向中誤差在一個像素內，平面檢測精度基本小于±2 米，精度大大高于項目設計限差要求，其中位于平地、成圖分辨率高的影像精度要好于位于山地、成圖分辨率低的影像。

（2）采用人工定向糾正時，全色影像手工定向點選點分布均勻。全色影像定向中誤差均在一個像素內，平面檢測精度基本小于±2 米，精度大大高于項目設計限差要求，其中位于平地、成圖分辨率高的影像精度要好于位于山地、成圖分辨率低的影像精度。

（3）采用全自動定向方式時，全色影像定向中誤差要好于人工定向方式得到的全色影像。全自動定向方式得到的單景影像平面精度，無論位于平地或山地均高于人工定向方式得到的單景影像成果。

5 結論

通過試驗結果分析，使用2019-2020 年優于0.5 米分辨率衛星遙感影像DOM 制作項目DOM 成果作為新參考底圖，使用影像處理軟件進行全自動衛星影像的定向、糾正等處理步驟得到的單景正射影像成果，其0.5 米分辨率影像中誤差達±1.04m，0.8 米分辨率影像中誤差達±1.74m，總的優于1 米分辨率影像成果中誤差達±1.43m，采用人工定向方法得到的單景正射影像成果，其0.5 米分辨率影像中誤差達±1.78m，0.8 米分辨率影像中誤差達±1.89m，總的優于1 米分辨率影像成果中誤差達±1.83m，自動和人工方式正射糾正成果精度均無明顯系統粗差點，能滿足1:10000 比例尺±5m的精度要求，甚至能滿足1:5000 比例尺±2.5m的精度要求。實際生產中優先使用軟件全自動定向方法，無法自動匹配或自動匹配時個別區域缺點等情況下，采用人工定向的方式同樣能得到滿足精度要求的影像成果。