高分辨率卫星影像在西煤东运重大项目中的应用

严海英，刘 涛

（新疆第二测绘院，新疆乌鲁木齐 830002）

高分辨率卫星影像在西煤东运重大项目中的应用

严海英，刘 涛

（新疆第二测绘院，新疆乌鲁木齐 830002）

简要介绍了利用高分辨率卫星影像 GeoEye-1的特点针对新疆边境不能实施航空摄影的特殊地带，提出一套利用最少控制点可满足基础测绘要求的技术实施方案。

高分辨率卫星影像；GeoEye-1；西煤东运；实施方案

近年来我国东部地区煤炭资源日渐枯竭，国家提出“西煤东运”发展战略，素有新疆“东大门”之称的哈密地区目前已成为我国“西煤东运”战略的重要资源开发区，并将建成亿吨级煤炭生产基地。哈密地区位于新疆维吾尔自治区最东端，地跨天山南北。东部、东南部与甘肃省酒泉地区肃北县、安西县、敦煌市为邻；南接巴音郭楞蒙古自治州若羌县；西部、西南部与昌吉回族自治州木垒县、吐鲁番地区鄯善县毗邻；北部、东北部与蒙古国接壤，有长达 586.663 km的国界线 (见图 1)。为加快新疆煤炭资源开发、实施西煤东运战略，经自治区发展和改革委员会批准，开展哈密地区煤炭基地基础测绘为西煤东运中前期性、基础性的重要保障服务。目前西煤东运煤炭基地基础设施建设总面积约为25000km2。由于三塘湖煤田靠近蒙古国边境地区无法进行航摄，购买了GeoEye-1立体卫星数据，面积约为3 900 km2。

图1 哈密地区在新疆的位置

1 GeoEye-1影像特点

GeoEye-1发射于2008年9月，其影像特点为：

1）史无前例的分辨率：全色影像分辨率 0.41 m，多光谱影像分辨率1.65m，定位精度达到3m;

2)大规模测图能力：每天采集近70万km2的全色影像数据或近35万km2的全色融合影像数据;

3)重访周期短：3天（或更短）时间内重返地球任一点进行重复观测。

GeoEye-1卫星提供地图投影与核线投影2种产品类型。GeoEye-1秉承IKONOS卫星的定位原理与方法，只提供了有理函数模型（RationalFunctionModel-RFM）所使用的有理多项式系数（RationalPolynomialCoefficients-RPC），并不提供其物理模型参数。因此，我们一般采用有理函数模型对GeoEye-1数据进行摄影测量处理。RFM是RationalFunctionModel的缩写，它是一种普遍适用的恢复遥感影像成像几何关系的模型，它通过有理函数多项式比值函数把一个三维空间的对象映射为二维影像空间的像素。RFM可以描述像点坐标与其对应的地面点坐标之间的变换关系，那么我们就可以利用左右影像的RFM解算出同名像点的地面坐标；反之，使用RFM也可由地面目标的三维坐标计算出立体影像上的像点位置，这就是RFM立体模型的构建原理。

通常随GeoEye-1遥感影像分发RPC参数，是采用卫星星历及姿态数据，利用严格的传感器模型计算得到的，在计算过程中并没有用到地面控制点。RFM所能达到的精度完全依赖于星历参数及姿态数据的测量精度，而这些数据的精度主要由星载 GPS、恒星跟踪器及陀螺系统的仪器精度所决定。在实际应用中，为了进一步提高FRM的精度，一般需要再使用地面控制点来精化FRM。

2 GeoEye-1在西煤东运中的应用

通过对利用高分辨率Geoeye-1立体卫星影像测制新疆西煤东运基础测绘1:10000地形图的定向精度及特点进行分析，针对新疆边境不能实施航空摄影的特殊地带，提出一套利用最少控制点可满足基础测绘要求的技术实施方案。

卫星影像覆盖范围位于天山山脉东段北麓三塘湖盆地，“二百四十里戈壁”区域，北与蒙古人民共和国接壤。地形状况：最高高程约为 2 800 m，最低约为500 m，相对高差为2 200 m，大部分地区平均高程为800m。南、北高，中部低，由西北向东南倾斜。北部和南部多为丘陵地、山地，中部多为平地。

Geoeye-1立体卫星影像覆盖三塘湖煤田3925 km2计157幅，本测区共用112景，构建模型数56个 (见图2)。

图2 Geoeye-1立体卫星影像覆盖范围

2.1 控制点布设

外业实测像控点 109个，布点原则为：一般在每景四周布设控制点，尽量在影像四个角，尽可能布设在靠近高山、沙漠等特殊地貌或国界的地方；景与景之间在连接重叠处要有2个以上公用点。

图3 控制点分布

2.2 空中三角测量

选取加密一区作为整个测区的试验区（见图 4），该区域包含6对12景GeoEye-1卫星影像数据，覆盖1: 10 000图幅27幅，约675 km2；区域地形以平地、丘陵地为主；采用PixelGrid进行区域网平差。

试验区共布设像控点21个。采用无控制、一个点、多个点进行平差计算。另外，还实地测设了 131个图根碎布点，作为平差结束后的高程精度检测数据。

图4 试验区

3 精度分析与结论

1）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。平面精度已完全满足规范要求，但高程精度误差很大。

2）一个点的平差计算，选取作业区角上、边上、中间任意一处，通过计算发现，有一个点参与的情况下，高程精度较无控制有明显提高。高程精度已能达到丘陵地、山地的要求。

3）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个点的精度与一个点比较，精度没有明显提高和改变。而四角及转折处布点，其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,精度没有很大提高。

[1]GB/T 13990-92中华人民共和国国家标准1∶5000、1∶10000地形图航空摄影测量内业规范[S].

[2] 刘斌,闻辉.利用高分辨率遥感影像进行国界勘测的应用研究.测绘技术装备[J].2009:⑶14-15

[3] 刘军,张永生.基于RPC模型的高分辨率卫星影像精确定位[J].测绘学报;2006:⑴34-38

[4] 宣文玲.以中小比例尺地形图为基准的高分辨率遥感影像定位方法研究[D].武汉：武汉大学，2005

[5] 严海英.利用IKONOS卫星影像测制新疆边境1∶10000比例尺地形图[J].测绘与空间地理信息，2008⑵：41-43

Application of the High-resolution Satellite Images in the West-east Coal Conveyance Project

by YAN Haiying

Focus on the difficulities of the aerial photography in Xinjiang autonomous regions border special aera,this artical firstly briefly introduced the using of the highresolution GeoEye-1 satellite image's character,then a technology implementation program which using a minimum control points as well as meeting the basical mapping requirements was proposed.

high-resolution satellite images，GeoEye-1，west-east coal conveyance，implementation program （Page:19）

P237

B

1672-4623(2011)02-0019-02

2011-02-21

严海英，高级工程师，主要从事3S技术和应用。