IKONOS卫星影像在若羌河山区河段1∶10 000地形图测制中的应用

李玉平,裴佳佳,周小娟

(1.新疆水利水电勘测设计研究院测绘工程院,新疆昌吉 831100;2.湖北省地质调查院,湖北武汉 430034)

IKONOS卫星影像在若羌河山区河段1∶10 000地形图测制中的应用

李玉平1,裴佳佳1,周小娟2

(1.新疆水利水电勘测设计研究院测绘工程院,新疆昌吉 831100;2.湖北省地质调查院,湖北武汉 430034)

详细介绍IKONOS卫星立体影像在新疆若羌河山区河段1∶10 000地形图测制中的应用,并以项目资料为基础,对不同像控点数量及分布情况的定向精度进行分析,给出同类项目控制点布设方案的建议。

IKONOS卫星影像;1∶10 000地形图;像控点布设

0 引言

1∶10 000地形图作为国家基本比例尺地形图,在水利水电工程规划设计中发挥着十分重要的作用,但由于新疆国土面积辽阔,地广人稀,导致1∶10 000地形图测制更新工作量巨大,尽管经过近年基础测绘所做大量工作,目前新疆1∶10 000地形图覆盖率仍然很低,基本只能覆盖县一级城镇及周边地区。目前,新疆水利规划设计用1∶10 000地形图主要采用航空摄影测量方法测制,面积不大的局部小区域采用全站仪数字测图方法测制。

随着遥感技术的发展,卫星遥感影像正朝着高精度、多光谱、高分辨率的方向发展,遥感技术正逐渐得到各行各业的重视。1999年9月,美国空间公司发射的第一颗商用高分辨率成像卫星IK ONOS,它能同时采集1 m全色和4 m多光谱影像,把二者进行融合,即可得到1 m分辨率的彩色影像。IK ONOS卫星平均每3～4天可拍摄同一地点一次,它不但可以跨轨往复扫描(采集范围:130 km×56 km),顺轨往复扫描(采集范围:37 km×100 km),而且也能实现顺轨条带扫描(采集范围:11 km×1 000 km),单景扫描(采集范围:11 km×11 km)等,IKONOS卫星系统的多种采集方式,确保其具有强大的立体影像获取能力,它可以获取近100%重叠度的同轨立体像对,为新疆较大范围缺少航空摄影资料的特殊地区测制1∶10 000地形图,提供了最佳的选择。

1 工程概况

因开展若羌河山区河段水利规划设计工作,需要测制若羌河山区河段1∶10 000地形图。测区位于新疆若羌县境内、阿尔金山脉北麓,成图范围为若羌河出山口沿河向上游山区16 km长的带状区域(如图1所示),面积约40 km2。测区没有基础航空摄影资料,无法采用航测成图,地形为高山地,最大相对高差约700 m左右,沿河没有道路通行,也无法采用全站仪进行数字测图,因此采用IKONOS卫星1 m分辨率立体影像测制该区域1∶10 000地形图。

图1 成图范围及像控点布设示意图Fig.1 Schematic diagram ofmapping scope and layout of image control points

2 技术方案及实施

2.1 卫星影像范围确认、订购

根据测绘合同,将测绘范围展绘于1∶10万图上,或利用Google Earth直接确定测绘范围,再根据测绘范围和控制点布设方案确定卫星影像订购范围。因经营IKONOS卫星数据的GeoEye公司规定了卫星影像数据订购的诸多规则,如:最小面积为100 km2,不支持三角形,锐角多边形订购,订购范围线任意两顶点间距不得<5 km等,因此,在确保成图范围和满足控制点布设的前提下,应尽量优化影像订购范围,以达到节省资金的目的。本项目经多次优化,最终确定订购卫星影像106 km2(影像范围如图1)。

2.2 控制点布设、观测

为了满足此次成图及进一步了解像控点数量及分布情况对IKONOS卫星影像成图的影响,根据测区的交通情况,共布设了6个像控点。其中P1以北为出山口,地势相对平缓,沿测区北部小路附近布设了4个像控点,P1以南为高山峡谷段,沿小路翻越达阪进入至河床布设了2个像控点(如图1)。像控点平面位置采用静态GPS方法按《水利水电工程测量规范》中五等要求观测,高程采用五等水准及GPS拟合高程,平差后,像控点的最弱点位中误差为4 mm,GPS高程拟合中误差为22 mm,平面及高程精度均满足规范要求。

2.3 地物调绘

由于IKONOS卫星影像分辨率较航片低,很多细小地物(如小沟渠、小型水利设施、电杆等)不能判绘,故将卫星影像按原始分辨率打印后带至现场进行调绘[1]。

图2 内业成图流程图Fig.2 Flow chart ofmapping of interiorwork

2.4 内业成图

采用全数字摄影测量系统Virtuozo3.7中的IKONOS影像处理模块定向建模。作业流程如图2所示。通过比选,最终采用了P1、P2、P3、P6四个点作为像控点进行定向建模型,定向精度见表2[2]。

2.5 地形图精度统计

为了检查验证成图精度,用全站仪在测区内采集了20个特征明显的地物点和80个随机地形点对地形图(DLG)进行检查,检查点的不符值与规范限差见表1。

表1 地形图精度统计表Table 1 Statistics of precision of topographic map

从表1中可以看出,利用IKONOS卫星1 m分辨率立体影像测制山区、高山区1∶10 000地形图,完全满足规范要求。

3 控制点布设方案比较分析

为了进一步了解像控点的数量以及分布情况对成图精度的影响,共采用了12种像控点布设方案进行定向计算(结果见表2),并将野外用全站仪采集的检查点数据导入每一种定向模型,统计其平面及高程差值,各种定向方案检测点精度情况见表3。

根据外业全站仪采集的检查数据与立体模型的对比检查情况看,若羌河山区河段IKONOS的加密精度达到了平面±1.31 m(规范限差±5.0),高程±0.28 m(规范限差±2.0)[3],像方坐标中误差为±0.11像素(规范限差0.33像素)[4]。

从表2和表3的统计结果,针对于同一景IKONOS立体影像,可以得出如下结论:

(1)无论采用哪一种像控点布设方案,IKONOS立体影像的精度都比较稳定;

(2)只需布设1个控制点,即可满足1∶10 000成图的精度要求,但在实际工作中,建议布设2～3个像控点,一是为了防止实地判绘及外业测量时出错,二是因为当只有2个以上点进行定向时,才能计算出定向精度;

(3)像控点的分布对定向精度影响不明显,只需在立体影像范围内任意位置即可,但应选择在影像清晰、特征明显、易于判绘的目标上,应根据外业施测时测区交通等实际情况灵活布设;

表2 定向精度统计表Table 2 Statistics of precision of orientation

表3 模型检测点精度统计表Table 3 Statistics of precision ofmodel testing points

(4)像控点数量的增加,定向精度变化不明显,对于同一景立体影像,不宜布设太多控制点,否则会由于测量误差、判绘误差等会导致模型整体精度下降。

4 结语

通过若羌河项目的生产实践,充分证明使用IKONOS卫星1 m分辨率立体影像可以满足山区1∶10 000地形图的测制要求。IKONOS卫星数据获取能力强,立体影像覆盖面积大,只需少量的控制点即可满足成图精度,同时对控制点的分布也没有特别要求,大大减少了外业工作量,尤其适用于新疆无法布设控制点的山区、高山区及边境区1∶10 000地形图的测制工作。

当采用IKONOS卫星立体影像测制水利规划设计用图时,应注意以下两点:①卫星数据获取受天气等因素影响,尽管目前数据拍摄生产周期一般为15～20 d(从下订单到拿到数据),但数据提供商书面协议承诺的数据拍摄生产周期为2个月,所以数据订购时应充分考虑天气(主要是云、雪)、项目工期等因素;②水利规划用图多为沿河道的不规则带状图,由于数据提供商的诸多订购规则及目前数据相对航片较贵的价格(约500元/km2),数据订购前,应充分分析成图范围,根据成图范围优化数据订购范围,尽量节省开支。

随着遥感技术的进一步发展,更多更高分辨率遥感立体影像的推出,存档数据的不断增加,将会使数据订购成本降低,利用遥感立体影像测制各种大、中比例尺地形图将成为可能,地形测绘将迎来新一轮的技术变革。

[1] 陈雨常,白峰,等.IKONOS立体影像全数字摄影测量试验研究[J].地理空间信息,2006,4(4):20.

[2] 李兵,朱继东,陈艳.采用IKONOS卫星影像进行立体测图技术的应用研究[J].技术应用,2006(6):62.

[3] SL/197—97,水利水电工程测量规范(规划设计阶段)[S].

[4] GB/T 23236—2009,数字航空摄影测量空中三角测量规范[S].

Application of IKONOS Satellite I mage in 1∶10 000 Topographic Mapping in the Mounta in Area of Ruoqiang River

LI Yuping1,PEIJiajia1,ZHOU Xiaojuan2
(1.Xinjiang Survey and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower,Changji,Xinjiang831100;2.Hubei Institute of Geological Survey,Wuhan,Hubei430034)

This paper introduced in detail the application of IKONOS satellite stereo image in 1∶10 000 topographic mapping in the mountain area of Ruoqiang River.Based on the project data,the article analyzed the orientation precision of different number and distribution conditions of image control points,gave practical suggestions to the plan of image control points layout in similar projects.

IKONOS satellite image;1∶10 000 topographic map;layout of image control points

P285.1

A

1671-1211(2010)05-0562-04

2010-07-14;改回日期:2010-09-06

李玉平(1981-),男,工程师,工程测量专业,从事水利水电工程测量工作。E-mail:lypcn@126.com