WorldView卫星影像在公路航测数字化制图中的应用研究

摘 要：依托于G217线莎车至塔什库尔干公路数字测图项目，利用高分辨率立体测绘卫星WorldView，进行满足公路勘测需要的1：2000制图精度和流程研究。对于丰富高分辨率卫星影像在公路勘测制图中的应用及制图环节探索具有参考价值。

关键词：卫星影像； 空三加密； WorldView

Application of WorldView Satllite Images in Highway

Digital Survey and Mapping

Kang Miaohang

（China Railway First Survey And Design Institute.Ltd Shanxi Xian 710043）

Abstract：The research based on the 1：2000 survey and mapping project of G217 highway from Shache to Taxkorgan by WorldView satellite images. The aim is to develop the application and process of high resolution satellite images in highway digital survey and mapping.

Key words： satellite image； aerial triangulation； WorldView

1 现状分析

随着遥感技术的迅猛发展，卫星影像时空分辨率的不断提高，卫星影像立体测图逐渐成为一种高精度、高效率的勘测制图手段，广泛地应用于铁路、公路、电力、冶金、城市规划等勘测设计中。由于卫星影像覆盖面积大、重访周期缩短、制图所需的外控成果少，使得卫星影像立体测图相比于航空影像制图，有着更高的制图效率和实效性。特别是在困难地区以及国外勘测制图项目中，更是逐渐发挥了重要的作用。 基于以往的卫星影像制图研究，例如，陈卓宁、韩镇《基于资源三号卫星影像的制图研究》等，卫星影像制图在1：10000，1：5000等比例尺测图方面能够满足精度要求，但在对于更大比例尺，例如1：2000的公路勘测制图精度方面研究与尝试较少。本次研究采用的是高分辨率卫星立体测图影像WorldView， 研究其在植被稀疏地区能否满足精度要求更高的山区1：2000比例尺公路地形图制图要求。为今后的卫星影像制图项目中起到借鉴和指导的作用。

2 研究区域及卫星影像概况

研究所依托项目为G217线莎车至塔什库尔干公路航测数字制图。该线位于新疆南疆喀什地区，线路里程约240.7km， 测区位于东经75°11′～77°14′；北纬37°45′～38°24′。整个测区为山地地形、海拔最高3700米、最低1500米、高差2200米，测区内植被稀少、居民地等分布零散。

针对带状测区，本研究所采用的卫星为WorldViewⅠ和WorldViewⅡ。WorldView系列卫星是美国DigitalGlobe公司在商用卫星领域中最高空间分辨率卫星之一，也是中比例尺、大比例尺测图中亟需用到的卫星影像。本次采用的影像为全色黑白立体像对数据，影像空间分辨率（GSD）为0.5米，含有RPC参数文件（*.RPB）。基础产品经过了辐射纠正及传感器校正，为WGS84的大地坐标系统。区域内整体云量小于5%。立体像对的拍摄时间为2014年10月，六张卫星影像共构成三对立体像对，覆盖面积约为1350平方公里。

3 试验研究

3.1像控测量

平面坐标系统采用2000国家大地坐标，中央经线为77°，高程系统采用1985国家高程基准。像控点的布设主要依据JTG C10-2007《公路勘测规范》，GB/T 7931-2008《1：500、1：1000、1：2000地形图航空摄影测量外业规范》，根据像对的覆盖及重叠情况进行区域网布点，分布在影像的四周和中部，像对重叠区域应尽量保证有控制点。采用GPS静态观测，共布设19个控制点， 选刺目标清晰可辨，易于量测。像控点高程采用GPS水准测量方法拟合，分段拟合时要进行充分检验。设40个检查点，用于空三加密及数字线划图（DLG）成果的精度评定，以验证研究方案的可行性。

3.2卫星影像空三加密

卫星影像空三加密定位采用航天远景Mapmatrix全数字摄影测量工作站完成。主要采用RPC参数+控制点的模式来进行空三加密。通过卫星影像RPC参数定位，自动匹配，量测外业点，进行改正数计算及区域网平差，完成空三加密并输出精度报告。

3.2.1 卫星影像预处理

首先利用ERDAS软件将16bit影像转换为8bit影像。通过调光处理后可使影像灰度均匀、反差适中，不同时间影像间色调基本一致，能够提高影像匹配效果。

3.2.2 自动匹配及粗差探测

内业加密点根据程序自动匹配完成，结合人工手动量测。匹配完成后，均应进行粗差探测，删除不可靠点、精度差的点及像片边缘的点。在RPC空三界面下进行模型连接点的量测，选择自由网模式，先在6个标准点位置量测模型连接点，再加密其它连接点。保证每个像对有一个接边点，两测段接边处至少有2-3个接边点。

3.2.3 外业像控点量测

外控点应在立体模型上仔细准确量测，控制点量测先在平面模式下调整点位，然后再進入立体模式调整点位。由于卫星影像RPC参数的区域网平差主要校正像方偏移为主的系统误差，因此较少的控制点即可提高空三加密精度。位置不明确，量测误差较大的控制点应舍去。应尽量保留像对四个角点位置的控制点量测以及多度重叠区的控制点量测，如图1所示。最终保证像点单位权中误差在0.5个像素以内，并输出空三成果报告。

3.3 采集编辑成图

图和数字地面高程模型的采集由JX4和MapMatrix全数字摄影测量工作站完成。

结合外业调绘及补测成果，采集各类要素完成。参照规范GB/T《基础地理信息要素分类与

代码》。在航天远景Mapmatrix中，立体采集经过模型定向，根据影像条带中加载的影像，按照命名规则分别进行立体像对的创建，进入FeatureOne矢量数据采集窗口。打开实时核线影像，在此平台下完成地形图要素采集工作。

数字地形图及DEM的编辑工作利用AutoCAD环境下的DLGmate 图形编辑软件完成。参照GB/T 7930-2008《1：500、1：1000、1：2000地形图航空摄影测量内业规范》及 GB/T 20257.1-2007《国家基本比例尺地图图式 第一部分： 1：500、1：1000、1：2000地形图图式》。按照图式要求对采集的数据进行编辑，符号化各种线型、线宽、注记等内容，制作成数字线划图，如图2所示。

4 精度检验

4.1空三加密精度统计

定向控制点的均方根中误差及残差如表1。

根据空三加密精度统计报告可得，定向控制点单位权中误差控制在0.5个像素内，定向质量较好。

4.2地形图制图精度统计

根据测区地形等级，满足公路勘测规范的1：2000地形图的精度应符合表2规定。

注：H为基本等高距

根据实测检查点与卫星影像绘制的地形图相比较，40个检查控制点的平面中误差为1.125m，满足1：2000公路制图平面中误差±1.6m范围内。对于山岭困难地区，等高距为两米的情况下，检查控制点高程中误差为1.105m，满足1：2000公路制图高程中误差±1.33m之内。因此，地形图精度满足1：2000公路制图精度要求。

通过以上精度统计分析，WorldView卫星定位精度稳定，布设控制点合理的情况下，空三加密定向精度及地形图制图精度基本能够达到山区1：2000公路制图规范要求。

5 结束语

由于WorldView卫星影像轨道姿态参数——RPC参数较为准确，立体测图所需要的外业控制点也较少。在引入一个平高控制点时，空三加密的精度已经得到很大的提升。控制点布设合理，影像质量较好且植被覆盖较少的前提下，WorldView卫星影像立体测图可以满足山区1：2000公路勘测地形图制图精度要求。经过这些尝试及研究，最终形成了基于WorldViewⅠ和WorldViewⅡ 的卫星遥感影像立体测图技术流程。相比于航空摄影，利用卫星影像测图在航摄条件困难以及像控点布设困难的地区具有明显优越性。在铁路、公路、电力等带状勘测制图项目中能够提高制图效率、缩短制图周期。此外，对于WorldView卫星影像在平原及丘陵地区1：2000地形图制图精度方面仍需进一步研究分析其可行性。今后随着卫星影像分辨率的进一步提高，高分辨率卫星遥感影像测图将进一步替代航空摄影测量，成为勘测制图的主要手段。

参考文献：

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[4]张永生，刘军. 高分辨率遥感卫星立体影像RPC模型定位的算法及其优化[J]. 測绘工程，2004，13（1）：1-4

作者简介：

亢邈迒（1990.3-），男，助理工程师，毕业于香港中文大学航测遥感专业，现于中铁第一勘察设计院集团有限公司工作。