利用高分辨率遥感立体像对生产正射影像的实验研究
2014-04-25李永军
□李永军
（山西省基础地理信息院，山西太原030001）
利用高分辨率遥感立体像对生产正射影像的实验研究
□李永军
（山西省基础地理信息院，山西太原030001）
通过对高分辨率卫星遥感立体测图技术与应用现状分析，以此为基础针对高分辨率卫星影像的生产进行实验验证，通过航空摄影测量的方法进行区域网平差、自动DSM匹配到最后正射影像的生成进行了详细介绍，并对实验结果进行了分析验证。
高分辨率卫星影像；立体测图；生产实验；精度分析
一、引言
卫星成像技术及立体成像能力的发展，使得卫星测绘（Satellite Mapping）成为了地理空间信息获取与持续更新的主要技术手段之一，多线阵立体成像以及空间分辨率持续提升，使航天摄影测量与航空摄影测量并存，优于0.5米分辨率立体像对，可满足1∶5000及更大比例尺测图要求。
二、高分辨率卫星遥感立体测图技术与应用现状
国外学者利用GeoEye-1立体影像，对澳大利亚霍巴特地区（最低高程接近海平面，最高1200米），利用WorldView-2立体影像对新加坡Punggol地区，利用IKONOS立体影像对新加坡Kallang地区进行实验。云南省航测遥感信息院利用WorldView-1立体影像对云南边境地区，北京市测绘设计研究院利用GeoEye-1卫星影像对国内某区域（该区域平均海拔为87米，试验区西北部为山区，东北部为平原，西南部为城乡结合部并覆盖部分河流，东南部为城区）成功进行了地形图测绘。
基于以上国内外的实验，山西省基础地理信息院特此立项，进行了高分辨率卫星遥感立体测图实验，为实现规模生产提供了理论依据和实践经验。
三、Worldview卫星影像生产实验
本次选择0.5米分辨率的两景Worldview全色数据，构成立体像对，生产实验，旨在通过实践完成以下几个方面的运行能力，为日后广泛应用此技术提供数据支持。
·区域网平差精度
·自动（DSM）匹配
·正射影像图生产能力
本次实践基于原始立体像对、控制点坐标及刺点片，完成区域网平差，影像数据构建立体像对，通过影像匹配生产粗精度数字高程模型（DEM），并用于数字正射影像图（DOM）的生产。
1.像控及区域网平差
集群式多源影像处理系统区域网平差模块，利用有理多项式模型，提供同轨、异轨立体模型、长条带卫星影像定向处理，支持无控、稀少控制和常规控制条件下的平差解算。
针对本次的构成立体像对的两景全色Worldview试验数据，采用采集控制点及自动匹配连接点的方式，基于RPC模型进行平差。控制点数据外业控制，共8个（注：有效点6个，其中由于时像差异P04、P05两个点位置不能识别，其中布设控制点5个，检查点1个），同时在影像重叠区采集9个连接点，保证相对定向关系，点位分布及平差精度报告如图1所示。
图1 试验区定向点位分布图（红色表示控制点，绿色表示连接点，蓝色表示检查点）
对软件自动匹配的连接点进行随机抽取检查，对自动匹配的连接点精度进行检查（平差精度见表1），精度较高，点位分布合理，满足区域网平差连接的要求。具体如图2-图3所示：
图2 自动匹配连接点精度1
图3 自动匹配连接点精度2
表1 试验区平差精度报告
加密点像点误差 像方X（像素） 像方Y（像素） X方向残差（像素） Y方向残差（像素）1 12845.896 10711.749 23378.843 10995.663 1635.253 21308.13 12821.234 988.775 12027.318 21216.572 1827.432 21426.832 23524.931 1663.085 23136.766 1697.268 1404.092 0.146 23584.448 0.009 1868.922 0.01 12595.058 0.352 12706.069 0.015 1584.934 -0.015 23250.308 -0.114 23748.048 -0.029 2087.321 0.004 0.038 0.023 0.008 0.071 0.006 -0.262 0.082 0.013 0.012 0.127 -0.003 0.179 -0.026 0.034 0.003 0.049 0.008 0.196 -0.022 1 -0.006 1 -0.086 1 -0.022 1 0.007 1 0.015 1 -0.019 1 -0.012 1 0.356控制点精度 点名 经度（度） 纬度（度） 高程（米）X方向残差（米）Y方向残差（米）XY残差（米）高程残差（米）P01 P02 P03 A8中误差112.5685936 112.6857096 112.6131109 112.68 37.79744085 37.7934146 37.75793271 37.6957 755.7 854.8 756.038 765.1 -0.014028437 -0.145797847 0.4822874490 -0.811884101 0.120283378 -0.263847758 0.203922368 -0.196613229 0.121098671 0.301450911 0.524168118 0.835351756 0.5533 -1.3205 1.0065 -1.2516 0.236 0.302 0.948检查点精度 点名 经度（度） 纬度（度） 高程（米）高程残差（米）P04 P05 X方向残差（米）Y方向残差（米）XY残差（米）112.6479146 112.5703187 37.73661563 37.74246129 766.105 752.993 -0.110 0.356 -0.424 -0.081 0.438 0.365 1.429 1.634中误差0.263 0.305 0.403 1.535
2.自动DEM生产
集群式多源影像处理系统提供自动、高效的DSM匹配技术，能够快速获取测区DSM点云数据。系统根据不同数据源的处理特点和不同作业需求，为用户提供业务流的作业方式。整个作业过程采用流程化、一键式的作业，用户只需进行简单的参数设置，无需人工干预与等待，节省了项目时间。
本次DEM自动生产流程作业方案，如图4所示：
图4 DEM自动生产作业方案-卫片全流程
试验区共有1对立体模型完成自动DSM匹配并最终生成完整的DEM。图5为这对立体像对5米格网的自动DEM成果。
图5 5米格网自动DEM生产效果图
图6 中心城区
图7 水体
图8 建筑
图9 立交桥
（2）DOM裁切
将整景影像按1∶10000标分幅外扩50米进行裁切分幅。
（3）成果输出
DEM和DOM都为西安坐标系—1980 114°带成果。
DEM以BIL的格式整块输出命名为：DemMosaicResult.bil。格网间距为：5×5米。
全色影像以TIF+TFW格式输出；像元大小为0.5米；数据类型为：Unsigned 6-bit。
影像命名都为：1∶10000标分幅图号。
4.精度检查
本次对Worldview数据DOM成果进行检查，具体DOM成果检查内容如下：
（1）图面效果检查
对DOM成果进行色彩（偏色、色差等）、地物扭曲、地物拉花、地物错位等检查，自动化处理的DOM成果图面效果较好，满足国家标准规范要求。
（2）平面精度检查
进行DOM精度检查，共有6个检查点（注：将控制点作为DOM检查点，但由于控制点与DOM成果投影不同，原始控制点由WGS 84/UTM zone 49N，投影变换现转为CGCS 2000/Gauss-Kruger CM 114E成果坐标系）。检查点分布图以及每个检查点的残差和整体中误差如图10所示：
图10 DOM质量检查点分布图
表2 检查点精度统计表
从表2可以看出，由自动DOM生产系统进自动DOM生产，其中检查点最大残差0.49米，平均中误差0.40米。
四、精度分析及结论
本次误差统计采用外业实测点进行检查，点数总共55个。
外业点采用GPS-RTK测得，误差±2厘米，点位分布也较为均匀，可以真实反映检验成果的精度。
利用这55个点我们分别对Worldview卫星的DOM及DLG成果进行了误差统计。结果见表3。
表3 检查点误差统计表
通过误差统计可知用0.5米分辨率的Worldview卫星影像生产1∶10000地形图是可以完全满足现行规范要求的。通过这次生产试验，充分检验了山西省基础地理信息院的处理卫星影像数据的能力，同时为以后卫星数据的生产奠定了坚实的基础。
【1】CH/T 1015.1-2007《基础地理信息数字产品1∶10000、1∶50000生产技术规程第1部分：数字线划图（DLG）》.
【2】CH/T 1015.3－2007《基础地理信息产品1∶10000、1∶50000生产技术规程第三部分：数字正射影像图（DOM）》.
【3】GB/T 23236-2009《数字航空摄影测量 空中三角测量规范》.
【4】GB/T 18314-2009《全球定位系统（GPS）测量规范》.
李永军（1974年——），男，山西曲沃人，工程师，1998年毕业于哈尔滨工程高等专科工程测量专业，现在山西省基础地理信息院工作，主要负责分院技术及管理工作。
P236
B
2095-7319（2014）02-0066-07
