基于GeoEye-1高分辨率卫星影像的1∶1万地形图精度分析*

何 浩，于 浩，胡新玲

(1.新疆大学建筑工程学院，新疆乌鲁木齐 830047;2.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局信息中心，新疆乌鲁木齐 830000)

基于GeoEye-1高分辨率卫星影像的1∶1万地形图精度分析*

何 浩1，于 浩2，胡新玲1

(1.新疆大学建筑工程学院，新疆乌鲁木齐 830047;2.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局信息中心，新疆乌鲁木齐 830000)

以GeoEye-1卫星影像为源数据，利用DPGrid作为内业平差、精度评定软件，以新疆某一测区为例，探讨了利用GeoEye-1卫星影像制作1∶1万地形图的方法，并对像控点起算点个数、分布情况对其精度的影响进行了分析。

GeoEye-1高分辨率卫星影像;起算点个数;起算点分布;精度

0 引言

在测绘作业中，某些情况下难以获得控制点，如中国西部困难地区测图，境外敏感军事目标测图，非洲、南美等第三世界地区测图等。这些测图工程的实施，都提出了少控制或无控制测图的要求，而GeoEye-1/IKONOS卫星系统具有高精度的卫星星历和姿态参数的测定能力，可显著地提高无地面控制点的定位精度，满足应用需求。

通常在无地面控制点的情况下，使用RFM的IKONOS影像能达到的平面精度为25 m(CE90)，高程精度为22 m(LE90)，而GeoEye-1数据产品可达到平面精度为4 m(CE90)，高程精度为6 m(LE90)。这个精度指标指的是绝对定位精度，而其内部的相对精度很高，大约可以达到像素级的精度，也就是说，RFM存在一个系统性的误差。

如果有少量的地面控制点(1个或2个控制点)，就可以设法利用控制点改正RFM的系统误差，来有效的提高基于RFM的测图精度。

为了确定在少控制点或无控制点的情况下利用GeoEye-1卫星影像测图的精度情况，本文进行了一系列的试验。

1 试验

1.1 试验区概况

试验区位于天山山脉东段北麓三塘湖盆地，北与蒙古人民共和国接壤。巴里坤哈萨克自治县县城位于试验区外南部约120 km。测区地处边界附近，无航空影像数据，测区自然条件恶劣，风沙大且地表覆盖物较少，很不利于传统像片控制作业，故采用GeoEye-1卫星影像。本次作业选用6对12景GeoEye-1卫星影像数据，产品类型GeoStereo立体像对，覆盖1∶10 000图幅27幅(见检测区域影像)。作业区地形以平地、丘陵地为主，平地17幅，丘陵地10幅，约675 km2(见图1)。

1.2 方案设计

根据影像数据，作业区共布设像控点21个。以每景为单位，区域四角布设像控点。精度检测设计3种方案:无控制、1个点、多个点进行平差计算。另外，在平地区域，还实地测设了131个图根碎部点，作为平差结束后的高程精度检测数据。平差结束后，进行立体建模，进入立体量测模式，对131个图根碎部点在各模型中逐一进行了量测，平差结果精度、检查点精度按照相应规范和设计要求，进行精度评定、分析。

图1 检测区域影像Fig.1 Images of detection region

同时，根据提供的卫星影像，分析影像模型配对情况，针对测区观察、分析模型之间有无漏洞，能否对测区整体范围进行覆盖，进行立体测图作业。

目前，针对GeoEye-1卫星影像的平差软件有4种，即:DPGrid、PixelGrid、VirtuoZo3.75、jx4c。在这4 种软件中，VirtuoZo3.75与DPGrid在处理卫星影像数据的软件模块上是一致的，考虑到后期图幅的模型裁切，模型下载的便利性，最终选用DPGrid。

转刺像控点与转刺航片像控点一致，图2是本次作业试验检测时，外业需要布设的像控点及其分布图。

图2 试验区像控点分布图Fig.2 Distribution plot of photo control points in test area

对于卫星影像，内业还有一个关键的步骤，那就是卫星影像每一对景模型内的连接点和模型之间的连接点的选取。模型内的连接点，点与点之间的距离保持在3～3.5 km，在模型内横竖均匀排列，模型范围不论大小，点与点之间的距离都可依此距离选取，只有这样才能保证定向单位权中误差(像素)小于一个像元。此外，模型之间的连接点，不能选得太少，若连接点太少模型高程连接差就会过大，模型之间连接点的间距保持在2 km左右，这样便于模型接边。

利用已知像控点进行平差计算，在平差结果中需判定定向单位权中误差(Pixel)小于一个像元，看定向点和检查点的平面和高程精度是否满足现行规范和设计的要求。

结合卫星影像范围，以图幅范围或者以给定的模型大小范围为单位进行模型裁切。裁切过程中，确保模型之间有一定的重叠。

最后，将高等级控制点或者外业实地实测的图根碎部点引入模型，量测高程，进行比对，求取中误差，进行精度评定。

1.3 试验结果

1.3.1 无控制平差结果

无控制平差计算，主要利用卫星影像自身的*.rpc参数数据，将试验区内21个像控点都作为检查点，验证其在无控制点的情况下，GeoEye-1卫星影像的定位精度。

表1 无控制点情况下点位精度Tab.1 Precision of point position under non-control point

从表1可以看出，在无控制的情况下，平面精度在1.5 m以内，规范规定1∶10 000比例尺地形图，平地、丘陵地平面精度小于2.0 m，山地、高山地平面精度小于3.0 m。因此，在无控制的情况下，平面精度已完全满足规范要求。但高程误差很大，从数据显示，模型偏高。

1.3.2 1 个点平差结果

1个点的平差计算，选取作业区角上、边上、中间任意一处，通过计算发现，有1个点参与的情况下，高程精度较无控制点有明显提高。表2、表3分别显示了1个控制点平差计算后的最高点位精度和最低点位精度情况。

表2 1个控制点情况下最高点位精度Tab.2 Highest positional accuracy under one control point

表3 1个控制点情况下最低点位精度Tab.3 Lowest positional accuracy under one control point

从表2、表3中可以看出，在1个点的情况下，平面精度已能控制在1.0 m以内，已完全满足规范要求，且高程精度也较无控制平差有明显提高。规范规定1∶10 000比例尺地形图，丘陵地高程精度小于1.0 m，山地高程精度小于2.0 m。因此，在一个点的情况下，高程精度已能达到丘陵地、山地的要求。

1.3.3 多个点平差结果

多个点的平差计算中，拟订了4个点、6个点、四角及转折处、周边布点、所有点5种布点方案。其中，4个点、6个点的精度与1个点比较，没有明显提高和改变;而四角及转折处布点的精度结果已能达到平坦地区要求。在点数增多的情况下，周边布点、所有点布点，其精度与四角及转折处布点结果相同，精度没有较大提高。各种布点图见图3～7。其中，四角及转折处布点的平差计算，选取作业区最大范围四角及转折处布设，四角及转折处布点精度，见表4。

图3 4点布点图Fig.3 Distribution plot for four points

图4 6点布点图Fig.4 Distribution plot for six points

表4 四角及转折处布点精度Tab.4 Precision of points at 4 corners and turn places

从表4中可以看出，在四角及转折处布点的情况下，平面精度、高程精度已达到平坦地区规范要求。规范规定1∶10 000比例尺地形图，平坦地区定向点高程精度小于0.35 m，检查点高程精度小于0.5 m。由此得出，在四角及转折处布点的情况下，平面精度、高程精度已完全达到平坦地区的要求。

图5 四角及转折处布点图Fig.5 Distribution plot for 4 corners and turn places

图6 周边布点图Fig.6 Distribution for periscater diagram

图7 所有点布点图Fig.7 Distribution plot for all points

1.3.4 图根碎部点检测

平差计算后发现:4点布点与1点布点的平差结果在平面和高程精度方面没有大的改变。而周边布点、所有点与7个点布点比较，平面和高程精度也没有太大改善。6点布点与7点布点比较，6点布点的定向控制点高程精度稍有偏大。规范规定1∶10 000比例尺地形图，平坦地区定向点高程精度小于0.35 m。为了检测在少量控制点起算条件下，此影像模型的定向精度，经过比较选择7个点布点方案的平差结果，检测试验区内平地区域，实地施测的131个图根碎部点和未参与平差计算的14个像控点的高程精度进行对比，见表5。

表5 图根碎部点和像控点高程精度统计结果Tab.5 Height accuracy statistics for mapping control points，detail points and photo control points

从表5中可以看出:四角及转折处布点的平差结果，经模型量测后其检测精度已完全达到规范和相关设计的规定限差。

2 结论

通过本文的试验分析可以得到如下结论:

1)在无控制的情况下，平面精度已完全满足1∶10 000比例尺地形图规范要求，但高程误差较大，尚不能满足规范要求。

2)在1个控制点的情况下，平面和高程精度已能达到1∶10 000比例尺地形图对丘陵地、山地的要求。

3)在四角及转折处布点的情况下，平面和高程精度趋于稳定，已能达到1∶10 000比例尺地形图平坦地区精度的要求。在此基础上，随着地面控制点数量的增多，测图精度没有太大改善。

[1]江恒彪，关鸿亮，曹天景.WorldView－2核线影像立体测图研究[J].测绘通报，2009(5):32 ～34.

[2]张永生，巩丹超.高分辨率遥感卫星应用——成像模型、处理算法及应用技术[M].北京:科学出版社，2004.

[3]文沃根.高分辨率IKONOS卫星影像及其产品的特性[J].遥感信息，2001(1):37 ～38.

Accuracy Analysis of 1∶10 000 Scale Topographic Map Based on GeoEye-1 High Resolution Satellite Images

HE Hao1，YU Hao2，HU Xin-ling1
(1.College of Architectural Engineering，Xinjiang University，Urumqi Xinjiang 830047，China;2.The Information Center of Xinjiang Geology and Mineral Resource Exploitation and Development Bureau，Urumqi Xinjiang 830000，China)

This article selected the GeoEye-1 satellite images for source data，and took the DPGrid as the indoorwork adjustment and precision assessment software，taking one survey area in Xinjiang Autonomous region for example，discussed the making method of 1∶10 000 sclae topographic map used GeoEye-1satellite image，and analyzes the influence of the number and distribution of origin points of photo control for 1∶10 000 scale topographic map.

GeoEye-1 high-resolution satellite images;the number of origin points;distribution of origin point;accuracy

P 231

A

1007－9394(2011)02－0012－03

2011－01－19

何浩(1979～)，男，湖南道县人，硕士，讲师，现主要从事工程测量、遥感应用的教学与科研工作。