華山地區(qū)立體衛(wèi)星影像空三加密應(yīng)用研究

謝三五，李 昕，朱仁義

(自然資源部第一地理信息制圖院，陜西 西安 710054)

0 引 言

空三加密是航空攝影測量測圖過程中至關(guān)重要的步驟,加密成果的精度直接影響了航測的成圖質(zhì)量。和廣泛應(yīng)用的航空影像相比，分辨率相對低、初始內(nèi)定向精度相對差的立體衛(wèi)星影像在實際生產(chǎn)中難度更大。目前有不少學(xué)者進(jìn)行了針對國產(chǎn)資源三號[1]、嫦娥一(二)號[2]等立體衛(wèi)星影像的加密應(yīng)用、精度分析等研究，但一般均沒有具體討論在特殊的地勢復(fù)雜區(qū)域的應(yīng)用情況。本文通過秦嶺地區(qū)1∶10 000空白區(qū)測圖工程像片控制測量生產(chǎn)項目，使用VirtuoZo立體衛(wèi)星影像加密模塊進(jìn)行印度IRS-P5 同軌立體影像數(shù)據(jù)的實際應(yīng)用分析。通過研究試驗，總結(jié)出了在地形地貌困難區(qū)域進(jìn)行衛(wèi)星影像空三加密的技術(shù)應(yīng)用技巧，旨在為類似的空三加密工作提供借鑒。

1 地區(qū)概況

華山向來以挺拔俊秀、百刃壁立、刀劈斧削而著稱。整個華山地區(qū)地勢險峻，群山連綿，起伏懸殊，海拔跨度大，尤其是景區(qū)頂峰附近,高程落差近800 m。其陡峭、特殊的地形地貌給地形復(fù)雜地區(qū)加密工作的精度控制研究提供了典型的案例。

2 前期工作準(zhǔn)備

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1.1 立體衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)

測區(qū)衛(wèi)星影像為印度IRS-P5 同軌立體影像數(shù)據(jù)共計18景(9個立體像對)，IRS-P5同軌立體影像數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)的基礎(chǔ)影像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)時相為2009年7月-2012年11月，影像時相跨度較大。受分辨率和色彩模式的限制，質(zhì)量較差。

2.1.2 控制點資料

野外像片控制點目標(biāo)選擇的好壞和指示點位的準(zhǔn)確程度,直接影響成果的精度。前期外業(yè)在野外采集到可利用高精度控制點29個，解算坐標(biāo)后，利用似大地水準(zhǔn)面精化成果轉(zhuǎn)換為大地高提供加密使用。

2.2 軟件平臺與技術(shù)流程設(shè)計

VirtuoZo全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)，是一個系統(tǒng)功能強(qiáng)大、先進(jìn)綜合的空間地理數(shù)據(jù)通用生產(chǎn)平臺，可以為用戶提供從自動空中三角測量到測繪各種比例尺地形圖的全套整體作業(yè)流程解決方案[3]。本項目利用VirtuoZo的衛(wèi)星影像加密模塊進(jìn)行生產(chǎn)。在立體環(huán)境中進(jìn)行內(nèi)定向和控制點量測。整體技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3 加密細(xì)節(jié)分析

3.1 內(nèi)定向

VirtuoZo自動生成大量連接點。一般情況下的自動內(nèi)定向，生成的連接點普遍分布均勻、錯誤點少。受到地勢復(fù)雜、大部分地區(qū)無明顯人工地物的影響，在本測區(qū)內(nèi)，軟件初次生成的連接點有很大一部分質(zhì)量不佳，存在同名地物點匹配位置錯誤的缺陷，經(jīng)過目視檢查，基本出現(xiàn)在大片陰影、大面積樹林覆蓋處，需要進(jìn)行修改。VirtuoZo提供了聯(lián)動式的半自動連接點采集，確定一個點位后，在其他關(guān)聯(lián)影像上自動判別位置，然后進(jìn)行人工微調(diào)，極好地提高了作業(yè)效率。

通過修測錯誤點位，根據(jù)測區(qū)點位分布情況人工補(bǔ)采連接點后，共計采集了157個模型連接點，經(jīng)過平差計算，滿足了規(guī)范要求的一個像素的中誤差限差，基本滿足了各個模型間的定向控制要求。

3.2 區(qū)域網(wǎng)平差

將9個像對的原始影像導(dǎo)入工程，拾取其初始RPC參數(shù)。導(dǎo)入29個像控點，對其質(zhì)量和位置進(jìn)行分析，最后選取了17個作為控制點參與區(qū)域網(wǎng)平差計算，其余點作為檢查點。控制點和檢查點在測區(qū)內(nèi)的分布情況如圖2所示，控制點的點位基本分布均勻。

圖2 像控點縮略圖

華山南峰布置的控制點，高程約為2 064 m，布點處10 m外即為山崖，落差達(dá)800 m以上。此控制點后期解算時經(jīng)精度評價，不適宜作為控制點使用，將其設(shè)置為了檢查點進(jìn)行整網(wǎng)的精度評價。

雖然在測區(qū)中部(即華山景區(qū)內(nèi))無控制點，但其周邊的控制點形成了三角網(wǎng)控制，能夠保證控制要求。其余區(qū)域基本達(dá)到了景間重疊控制的目的。根據(jù)設(shè)置進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差作業(yè)，在軟件中與連接點同時進(jìn)行粗差檢查和調(diào)整，VirtuoZo提供了像對聯(lián)動界面來進(jìn)行點位查看、選擇和調(diào)整，比較直觀地展現(xiàn)了整個工程中的點位分布情況。軟件環(huán)境中的點位修測示例如圖3所示。

圖3 點位修測示例圖

由于全色影像分辨率為2.5 m，在立體環(huán)境中，整體層次較為模糊，對高程的定位產(chǎn)生了很大的影響。在量測完成后，進(jìn)行第一次平差計算，將誤差較大的控制點進(jìn)行排查：首先排查人為因素造成的錯誤，然后進(jìn)行立體環(huán)境下的點位調(diào)節(jié)。由于個別點位處于海拔高的景區(qū)內(nèi)，2.5 m的平面范圍內(nèi)可能有近10 m的高程差，因此需要通過反復(fù)的調(diào)節(jié)來找準(zhǔn)點位的真實地面位置。

通過在立體環(huán)境下進(jìn)行人工修測，區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)果最終滿足《1∶5000 1∶10 000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》(GB/T 13990-2012)的定向精度要求，整體單位權(quán)中誤差為0.354個像元。加密精度情況如表1所示。

表1 加密精度情況統(tǒng)計

完成的空三加密成果報告顯示，所有控制點的均方根中誤差中：X方向為0.477 m，Y方向為0.665 m，Z方向為1.052 m，精度情況良好。

12個檢查點經(jīng)過計算，均方根中誤差為X方向1.147 m，Y方向1.028 m，Z方向3.724 m。華山南峰峰頂?shù)臋z查點受到極端地勢的影響，高程誤差為10.007 m，偏高，影響了整體檢查點的Z值精度。但通過統(tǒng)計，整體精度情況已完全滿足1∶10 000航測作業(yè)要求。

4 總 結(jié)

(1)VirtuoZo在衛(wèi)星影像空三加密處理上有一定的優(yōu)勢：自動內(nèi)定向加密點采集方便，雖然受到特殊測區(qū)的影響，部分點位質(zhì)量欠佳，但是已減少了大量的人工作業(yè)量。同時，連接點保證高精度的情況下，在大幅面衛(wèi)星影像上雖然數(shù)量較少，仍然可以滿足定向要求。

(2)軟件所帶的PATB光束法區(qū)域網(wǎng)平差程序，自身已具備高精度的平差計算功能。控制點在平差中出現(xiàn)誤差過大的情況，應(yīng)仔細(xì)分析原因，從控制點本身著手排查，必要時與外業(yè)確認(rèn)像控點本身的質(zhì)量。如果非控制點自身質(zhì)量原因，應(yīng)重點檢查周邊連接點的匹配情況，避免分布不均、位置錯誤等質(zhì)量問題。

(3)即使在地勢特征極端的華山地區(qū)，通過本文的VirtuoZo空三加密技術(shù)路線執(zhí)行，也可保證成果精度滿足所對應(yīng)比例尺的航測成圖精度要求。