各种卫星影像数据在铁路勘测中的应用

蒋　勇

(中铁二院工程集团有限责任公司测绘工程设计研究院， 四川成都　610031)

计算机技术、航天技术的高速发展为地理信息科学搭建了可靠的技术平台，高分辨率光学卫星成像系统正越来越多的应用于遥感和摄影测量领域，同时也给铁路勘测设计提供了崭新的遥感信息平台。这类成像系统不仅能够提供高分辨率的全色、多光谱影像，而且具有立体成像功能。卫星影像数据具有覆盖面积广、更新时间快等特点，经过相关技术处理，完全可以成为铁路勘测设计可以依赖的数据保证，也是快速获取大比例尺现势性地理信息，进行新一代快速测图新方法的有力技术支撑。

1　常用卫星影像数据参数介绍

Google Earth数据集成了世界上几乎所有的中高分辨率卫星数据及部分较低分辨率卫星数据，可以方便地浏览或查询全球地貌影像等相关信息。Google Earth上全球地貌影像的有效分辨率至少为100 m，通常为30 m，视角海拔高度(Eye alt)为15 km左右。针对大城市、著名风景区、建筑物区域或其他所关注地区会提供分辨率为1 m和0.5 m左右的高精度影像，视角高度(Eye alt)分别约为500 m和350 m。目前提供高精度影像的城市多集中在北美和欧洲，其他地区往往是首都或极重要城市才提供。中国大陆有高精度影像的地区很多(几乎所有大城市都有)。常用卫星影像数据参数如表1所示。

表1　常用卫星影像数据参数

2　各种数据在铁路勘测中应用

卫星影像测图主要应用于国内航空摄影困难地区，以及基础地理信息数据获取困难的国外铁路勘测设计规划阶段和初测阶段1∶50 000～1∶2 000地形图测绘，现就各种数据在铁路勘测中的应用情况介绍如下。

2.1　Google免费数据

(1)数据情况

Google Earth(MAP)免费数据包括描绘地貌的格网间隔为90 m的DEM数据和描绘地物(房屋、道路、河流)的0.5～25 m分辨率影像数据。

(2)数据精度情况

Google Earth免费数据平面精度大致在20 m左右，高程精度地区不同差别较大，平坦地区可达2 m甚至更高，高山区则可能达到50～60 m，一般情况下可以制作1∶50 000～1∶100 000地形图，满足规划使用。

(3)数据获取周期

该类数据可以免费下载，下载的速度受数据量大小和网速的影响，一般情况下，100 km的线路每侧下载10 km宽度的数据需要大约2 d时间。

(4)制图周期

利用Google earth免费数据制作1∶50 000地形图不需要出外业，效率较高，制作100 km长、20 km宽的地形图工期需要3 d。

3　REF 3D付费数据

3.1　数据情况

REF 3D数据是法国SPOT公司利用SPOT5卫星立体数据生产的中间数据产品DEM+DOM，其中DEM分辨率为20 m，DOM分辨率为2.5 m。目前全球60%以上地区均已覆盖。

3.2　数据精度情况

REF 3D数据产品包括DEM和DOM，DOM的分辨率为2.5 m、平面精度为10～15 m，DEM高程精度约在5～10 m的范围，精度低于1∶10 000比例尺地形图的精度，适合测绘1∶25 000地形图。

3.3　数据获取周期

国内订购SPOT5卫星数据产品下单后需要法国政府相关部门批准，根据经验一般都没有问题，而且批准时间在2 d左右，批准后开始生产，正常情况下7～10 d内可以下载。

3.4　制图周期

利用REF 3D数据产品测绘1∶25 000地形图不需要出外业，等高线由DEM构TIN生成，地物由DOM进行矢量化，效率较高，制作100 km2的地形图需要2 d。

4　中分辨率卫星数据

4.1　数据情况

印度的IRS-P5在中国境内有大量存档立体数据，境外基本没有，都需要现编程拍摄。

日本的ALOS卫星已经退役，但是其存档的立体像对的全球覆盖率较大，在65%左右，可以作为一个补充数据。

国产资源3号测绘卫星数据能够开展立体测绘工作，但是商用模式目前没有完全明确，数据获取流程复杂，目前没有成功经验。

4.2　数据精度情况

IRS-P5独立像对直接利用RPC参数，定向精度为70～80 m，但是进行外业控制测量后进行立体测图，其成图精度平面、高程都能达到1∶10 000地形图精度。成图精度如表2所示。

表2　IRS-P5成图精度

ALOS卫星立体影像制图精度稍低于P5卫星数据，但是外控后立体测图精度基本能满足1∶10 000地形图要求。

4.3　数据获取周期

IRS-P5卫星境外立体像对存档数据订购后在2周内可以进行下载，境内的3 d可以下载，没有存档数据区域编程拍摄周期为2个月，但是编程拍摄的时间不能确保。

日本的ALOS卫星立体影像存档数据订购后一周内可以下载使用。

4.4　制图周期

境外项目按100 km线路计(每侧5 km)，利用IRS-P5和ALOS卫星立体影像制1∶10000地形图，工期估计如下。

(1)存档数据订购：15 d；

(2)外控测量：7 d；

(3)内业制图：10 d；

(4)进出场+准备时间：7 d；

(5)总工期：39 d；

(6)国内项目：20 d。

5　高分辨率卫星数据

5.1　数据情况

高分辨率卫星立体影像全球范围内存档数据非常少，只有少量订购过的立体有存档，因此基本上要靠编程拍摄。

5.2　数据精度情况

高分辨率卫星影像分辨率0.5 m，通过外业控制测量后进行立体测图，成图精度基本可以达到1∶2 000地形图要求(I级地形达不到规范要求)，可以测绘1∶5 000～1∶2 000地形图。采用高分辨率卫星影像测绘1∶2 000地形图精度情况如表3所示。

表3　高分辨率卫星影像测绘1∶2 000地图形精度

5.3　数据获取周期

主要看卫星公司根据当地天气情况进行评估给出的天数，周期一般为2个月左右。但是卫星公司不保证到时一定能完成拍摄并提交影像数据，到时拍摄不下来，或者拍摄的影像云影太多或太模糊不能使用的，用户只能选择继续等待或者撤单。所以，订购高分辨率卫星影像存在很大的工期风险。

5.4　制图周期

由于订购后不能保证立体影像到期能够拍摄下来，每100 km线路长度每侧制500 m宽的1∶2 000制图，一般在拿到数据后40 d左右。

6　结论

卫星影像分辨率是决定成图精度的关键技术参数，从而决定了测图比例尺大小以及对铁路勘测设计哪个阶段适用，具体情况如表4所示。

表4　卫星数据适用的制图比例尺及勘测阶段对应情况

利用商用卫星影像进行航测制图，不失为一种快捷和实用好方法，虽然目前只能在地理条件极其困难、航空摄影测量难以实现的情况下作为一种必要的补充手段。但随着卫星遥感技术的不断发展，卫星影像正朝着高效率、高精度方向发展，将为铁路航测制图提供种类更多、精度和时效性更高的数据源，满足铁路勘测设计各阶段航测制图的需求。

[1]TB10050—97 新建铁路摄影测量规范[S]

[2]熊亮.卫星影像制图在铁路勘测设计中的应用研究[J].铁道勘察，2009(6)

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