资源三号卫星影像在1：1万地形图更新中应用研究

毛燕清，徐玉玲，甘雅婧，张登波

（1.江西省测绘应急保障服务中心 江西 南昌 330209；2.东华理工大学长江学院 江西抚州 344000）

1 引言

现今全省的1：1万基础测绘更新遥感影像主要采用航空数码影像，但航摄方法易受到地理条件、气候因素等原因影响，数据生产周期较长。按照《江西省测绘地理信息发展与应用"十三五"规划》规划的目标要求，2018年前完成第三代1：1万 3D产品更新建库，后续两年全省1：1万基础地理信息数据库重点更新一轮。

ZY3号卫星是我国自主研发的民用高分辨率立体测绘卫星，搭载4台光学相机，其中3台全色相机按照前视、正视和后视设计安装，前视、后视相机分辨率构成了三线阵立体测图相机；另一台多光谱相机包含红、绿、蓝、和红外4个谱段。全色影像地面分辨率为2.1m,多光谱影像地面分辨率为5.8 m[1-2]。ZY3卫星主要用于1:5万比例尺立体测图和数字影像制作或1：2.5万等更大比例尺地形图部分要素的更新，国内已有部分文献对ZY3卫星影像在山地、高山地、DOM影像制作方面有试验研究，但均为探索阶段[3]。

2 试验方案设计

项目选取试验区域根据以下原则：

（1）包含平地、丘陵、山地、高山地各种不同地形地貌类型的区域。

（2）包括城郊、农村不同区域单元。

（3）图幅内有一定量的地物、地貌变化。

套用第一次地理国情普查DOM成果、二代图DLG、2016年GPS道路数据确定重点要素变化区域确定实验区域。通过对上述区域地形地貌分布情况、地物变化情况进行分析和判断，选择抚州临川测区作为实验区域，该实验区域面积为316km2，相当于10幅1:1万地形图范围。项目原更新数据源为江西省第一次国情普查项目航空影像数据，分辨率0.5，航摄时间为2012年10月至2013年5月。采用的卫星影像更新数据源为ZY3全色卫星影像，摄影时间为2014年12月，卫星影像的现势性更强。

1）选定的实验区域范围规整，布设像控点时，通过参考相关文献[4-7]，采取四种不同数量的像控点布设方案进行定向，如图1，通过这四种不同的布设方案进行RPC空三加密，得到控制结果进行精度分析。

2）根据最优的控制纠正方案，创建立体像对，选用MapMatrix软件进行实验，该软件集航测、采编、图库一体化，能处理同轨和异轨的立体像对。

3）生成立体像对，在立体模型下采集矢量图，在实验区域用检查点与采集的1：1万地形图上的同名点进行精度分析，并对1：1万地形要素的表达要素进行分析。

图1 四种不同数量的控制点布设方案

用检查点进行精度分析，利用下列公式进行中误差计算。中误差公式为：，中误差其中n表示总点数。

3 精度统计分析

图2 实验区域四种不同数量的像控点布设方案

上图中绿色点位为控制点位，其余紫色点位的控制点作为检查点，RPC空三平差结束后，通过四种不同数量控制点所做立体模型对同名点与检查点的误差计算，以多余控制点和外业实测的点作为检查点，总共导入了40个检查点进行精度统计，对量测的结果用中误差计算公式进行计算，得到表1。1） 利用软件进行资源三号卫星影像的空三加密时，选择9个控制点进行均匀布设最为适宜，这与其他文献研究结论也是相吻合的。

表1 不同个数控制点布设方案下的精度统计结果

2） 按照方案设计要求，控制点为5个及以上时，山地、高山地的平面精度及高程精度能满足限差要求，而平地、丘陵的平面精度能满足，但高程精度较难满足。

4 地形要素表达

采用9个控制点定向结果构建立体像对，在立体像对下进行DLG采集工作。根据江西省第三代1：1万地形要素更新指标与要求分大类对要素进行概要分析：

（1）定位基础

根据最新控制点资料进行重新转绘。

（2）水系及附属设施

面状水系要素范围线发生变化时，相应面要素应同时更新，对于新增的或消失的线状水系，相应线要素应同时进行更新。

河流、沟渠实地宽度大于5米的用双线依比例尺表示。该指标在卫片较清晰，但易表示成单线，需结合外业调绘和其他资料进行内业整理。面状水系面积大于200平方米的需表示，该指标在卫片上显示较小，不易判读。需结合外业调绘与其他资料进行上图。

（3）居民地及设施

居民地综合表示，更新后应总体上能反映居民地轮廓，分布特征连通性以及其他要素之间的关系。在实验区域采集了矢量图如图3，利用资源三号立体像对采集房屋用黄色线，利用航片立体像对采集房屋用红色线，线划图下面套合的是航片DOM，航片由于影像分辨率较清晰，综合尺度较小，卫片影像在房屋综合尺度上综合较大。对于半依比例尺或不依比例尺应该用点状或线状表示的房屋在卫片影像上较难判读，因此需结合其他资料或调绘片进行表示。利用资源三号卫片立体像对采集实验区域的房屋数据套合在航空影像数据上，针对变化区域，时效更新的资源三号卫片数据能够表示新增的房屋，在对重要要素进行变化更新时，卫片数据具备更大的优势，而且利用立体像对地物进行采集能够反映地物的高程方向的变化，尤其在更新建筑物、建设用地的变化时，立体像对要优于单体影像数据。

图3 资源三号卫片立测的DLG数据与航空影像立测的DLG、DOM数据套合

（4）交通及其附属设施

双线道路达到宽度指标的依比例尺表示，按实际宽度构面处理，在更新道路时，参考公路部门提供的最新资料为准。

道路宽度大于20米的依比例尺表示，在资源三号卫片该指标较易判读，在城区城市道路宽度大于7米应依比例尺表示，但该指标在资源三号卫片的影像易表示成单线，需参考公路部门提供的道路资料及调绘片进行更新。

（5）管线及附属设施

管线及附属设施在资源三号卫片上较难判读，根据电力部门的电网数据对变动的、新增的管线及附属设施及调绘片进行重新转绘。

（6）境界

乡镇级及以上境界，利用最新的境界资料进行转绘更新。

（7）地名

地名数据的更新可利用最新的行政区划简册或全国第一次地名普查数据等其他数据进行更新。

（8）地貌

等高线、高程点在立体模型下进行更新，在立体模型下针对变化的区域重新进行采集，但由于资源三号卫星立体模型不够清晰，细部特征表示不出来。

采集实验区域的DLG，外业实测了120个检查点和测图点进行精度分析，计算中误差，统计结果如下表：

表2 DLG精度统计（单位：m）

从上表可知，对于山地、高山地地形，内业测图的平面精度和高程精度均可达到规范要求；而对于平地、丘陵地形，内业测图的平面精度能满足要求，但高程精度不能达到要求。因此在山地、高山地区域采用ZY3卫星影像进行测图有一定的适应性和推广性。

5 结论

ZY3卫星影像能在同一区域短时间内周期拍摄，能满足地形图快速更新要求。结合实际生产中航测成图与实验中卫星影像成图的效率进行对比，一般情况下生产310km2航空摄影正射影像图，需要30个控制点，实验区域面积为316km2，按照本方案设计，需要9个控制点。将航测与卫星成图进行对比，航测成图使用Inpho 7.0，卫星影像成图使用Mapmatrix5.0，具体所用时间对比见表3，从表中可看出，卫星影像成图时间比航测成图时间总体节约2倍以上。利用ZY3卫星影像建立立体像对进行DLG生产，能够表示地物高程方向的变化，尤其在更新建设用地、建筑物、构筑物变化的区域，比利用单体影像进行更新更具优势。

表3 航测成图与卫星影像生成立体像对时间对比