基于高分辨率卫星的DOM 数据制作流程研究

申 健

(解放军61112 部队，黑龙江 牡丹江 157000)

1.引言

资源三号卫星历经三年多深化论证，经过近四年研究开发，于2012年1月9日在太原发射场发射成功。卫星工程突破了诸多技术难题，是我国首颗民用高分辨率立体测图卫星，卫星在轨测试和前期运行表明，资源三号是目前我国综合精度最高的遥感测绘卫星，多项技术指标已经达到或优于国外同类型的测绘卫星。

DOM，是数字正射影像图(Digital Orthophoto Map)的缩写，是利用DE M 对航空或航天影像经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌，并按规定图幅范围裁剪生成的形象数据，带有公里格网、图廓(内、外)整饰和注记的平面图。它可作为背景控制信息，评价其它数据的精度、现实性和完整性，也可从中提取自然资源和社会经济发展信息，为防灾治害和公共设施建设规划等应用提供可靠依据。

虽然利用资源三号卫星影像生产1:1万基础测绘山地及高山地的系列产品已在一些生产单位投入使用，但其生产的产品精度亦待检测。本文将结合两个1:1万基础测绘项目针对利用资源三号卫星影像生产1:1万基础测绘DOM 的精度进行初步探索。

2.资三影像及PixelGrid 简介

2.1 资三影像简介

资源三号测绘卫星，简称ZY3，是中国第一颗民用高分辨率光学传输型测绘卫星。

以往航空摄影，受天气因素影响很大，比如有雨的天气就不能拍摄，导致一年成像面积只有70万到100万平方公里，而且是把所有比例尺都算上的，而资源三号卫星为解决这个矛盾，利用回访功能，以特区为单位，可以避开受天气因素影响的地方选择其他拍摄地方，并且生成的是一个可量测的实体模型，我们可以通过计算机直接量测实体模型，不用全部到野外进行实地测量，就可实现数据的准确采集，同时也实现了影像加工和整理的整体数字化。

1:1万基础测绘所用的资三影像数据由国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心提供，其坐标系统为WGS84，投影方式是UTM 投影。

2.2 PixelGrid 简介

2.2.1 基本情况

高分辨率遥感影像数据一体化测图系统PixelGrid 是由中国测绘科学研究院自主研发的“十一五”重大科技成果，获得2009年度国家测绘科技进步一等奖。该软件是我国西部1:5万地形图空白区测图工程以及第二次全国土地调查工程的主力软件，被誉为国产的“像素工厂”，可以完成遥感影像从空中三角测量到各种比例尺的DLG、DEM/DSM、DOM 等测绘产品的生产任务。

2.2.2 PixelGrid 制作DOM 的优势

在利用资三影像制作1:1万基础测绘正射影像的项目中，笔者做过多种软件的实验及精度检测，之所以最终选择Pixel-Grid 系统，是因为其基于多基线、多重匹配特征的自动匹配技术。

PixelGrid 系统首次提出并研发了独特的基于多基线、多重匹配特征的自动匹配技术，采用由粗到细(coarse-to-fine)的多级影像匹配策略，综合集成多种成熟的、性能互补的影像匹配算法，在匹配算法的各个子模块之间进行质量控制、自动进行匹配粗差定位和剔除，充分利用高分辨率遥感影像所提供的新特点 (高信噪比、高反差的影像，高地面覆盖重叠率等)，获取成像区域的高精度DEM，有效解决了复杂地形条件下DEM/DSM 的全自动提取。

正是因为其基于多基线、多重匹配特征的自动匹配技术，可以全自动提取高精度的DEM，进而可以制作出高精度的正射影像，因此才最终选择它来制作DOM。

3.制作DOM 流程

利用PixelGrid 处理资三影像制作DOM，是在资三影像加密得到经过各级检查及修改的成果基础之上进行的。在制作DOM 时，主要是用PixelGrid 里的“数字高程模型提取”、“ 正射影像生成拼接”两个菜单来实现的，通过生成核线影像、匹配种子点线立体量测、自动影像匹配生成高精度的DEM，然后再利用DEM 来生成DOM 并进行自动拼接进而得到DOM 成果。就整个项目而言，制作DOM 的流程如图1:

图1 资三影像制作DOM 流程

4.精度评估

用资三影像生产的DOM 制作完成之后，为了检测其几何精度，笔者从像控点的精度比对、用资三影像所测线状地物与卫片DOM 的套合、用航片所测线状地物与卫片DOM 的套合、等高线与卫片DOM 的套合等几个方面进行了精度比对。设计书对于使用资三影像区域平面精度的要求是“凡是采用资源三号卫片的测区，所有地类平面精度放宽0.5 倍”，由此推算区域网绝对定向中基本定向点在山地与高山地的平面残差应为6.0 米，而卫星遥感影像DOM 的平面位置精度根据《基础地理信息数字产品1:10 000 1:50 000 生产技术规程第3 部分:数字正射影像图(DOM)》5.3a 表述“一般情况下卫星遥感影像DOM 的点位中误差不大于2 个像元”，根据资三影像资料推算，卫片DOM 的平面位置精度应为6 米。

4.1 像控点的精度比对

像控点的精度对比实际就是计算区域网绝对定向中基本定向点平面位置的中误差。两个生产性试验项目涉及到用资三影像部分区域的DOM 制作完成后，笔者将像控点在立体模型里量测的坐标与其像控成果坐标做了比对，结果如表1、表2:

表1 项目之一的像控点平面精度中误差

表2 项目之二的像控点平面精度中误差

由比对结果可以看出，像控点的精度是比较理想的。

4.2 DOM 与线状地物的精度比对

4.2.1 DOM 与资三影像所测线状地物的精度比对

资三影像加密完成、经过各级检查及修改之后，即投入测图生产，笔者在两个项目中均匀地选择了些线状地物，将其与卫片DOM 叠加后发现套合情况良好，平面位置基本相差在0.5 米～2 米之间，如图2、图3、图4:

图2 卫片DOM 与卫片地物套合1

图3 卫片DOM 与卫片地物套合2

图4 卫片DOM 与卫片地物套合3

4.2.2 DOM 与航片所测线状地物的精度比对

在这次两个生产性试验的项目中，有部分图幅由于是丘陵地或是资三影像未能全覆盖而选择航片生产，但也有部分资三影像与航片重叠的区域，笔者在重叠区域的航片内均匀地选择了些不易发生变化的线状地物进行测绘，并将测绘的结果导入资三影像制作的DOM 中进行比对，发现线状地物与卫片DOM套合情况良好，平面位置基本相差在0.5 米～2 米之间，个别相差较大的也在3、4 米左右。

4.3 DOM 与等高线的精度比对

对于已经测绘完成的等高线，笔者均匀地选择了山地和高山地的等高线与卫片DOM 进行套合查看，发现套合情况良好。根据多年航测经验，山势陡峭区域的等高线，用航片生产出来的DOM 与等高线的套合情况一般都不太理想，而试验区域的卫片DOM 与等高线的套合精度还是比较理想的，平面位置的套合差也基本都在0.5 米～2 米之间，个别相差较大的也均未超限。等高线与卫片DOM 套合例图如下:

图5 卫片DOM 与卫片等高线套合1

图6 卫片DOM 与卫片等高线套合2

根据卫片DOM 与各类线状地物及等高线的对比情况可以看出，其平面位置精度还是比较理想的。而成果DOM 也因反差适中、色调均匀，质量情况表现良好。

5.总结

虽然利用资源三号卫星影像及PixelGrid 生产的1:1万基础测绘山地及高山地的正射影像在笔者经历的这两个生产性试验项目中均得到了比较好的精度评估，但其结果也只能作为生产当中的一种借鉴与参考。在后续的项目中，笔者将继续跟踪、统计相关的精度统计，以便在基础测绘项目及其它项目中更好地利用资源三号卫星影像资源，促进我国卫星事业的更好发展。

［1］中国资源卫星应用中心网站.2013.

［2］PixelGrid 软件用户手册.2012.

［3］广东测绘院.1:10000 基础测绘设计书.2013.

［4］党安荣，王晓栋，陈晓峰，张建宝.《遥感图像处理方法》.清华大学出版社.2003.

［5］官云兰等，《基于ERDAS IMAGINE 的数字正射影像图的制作》.测绘通报.2005年第十二期.

［6］方剑强.《生产数字正射影像图(DOM)的若干技术问题探讨》.测绘与空间地理信息.2007年第三期.