GeoEye-I卫星影像制图在铁路勘测设计中的应用

代强玲 王 智 闵世平

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

GeoEye-I卫星影像制图在铁路勘测设计中的应用

代强玲 王 智 闵世平

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

卫星遥感影像测图技术在铁路勘测设计制图中的应用日益广泛，诸如P5、QUICKBIRD等卫星影像均已应用于铁路勘测设计不同时期的制图工作，并取得良好效果。针对更高分辨率卫星影像—0.41 m GeoEye-I卫星影像，从其立体定位模型-RPC模型出发，探讨GeoEye-I立体卫星影像进行铁路1∶2 000制图的可行性，通过不同控制点方案下的系列立体定位试验和精度对比分析，证明其测图精度可以基本满足铁路勘测设计1∶2 000制图要求，可以用于航摄困难地区1∶2 000测图工作。

高分辨率卫星影像 GeoEye-I 测图 铁路勘测设计

GeoEye-1卫星是2008年9月美国GeoEye公司发射的一颗分辨率极高的商业对地成像卫星，能提供全色0.41 m分辨率和多谱段1.65 m分辨率的高分辨率影像，可以更好地满足铁路勘察设计、城市规划管理等领域的需求。为探寻该卫星数据用于铁路勘测设计1∶2 000地形图制图工作中的可行性，针对该卫星影像立体像对，开展了定向和测图研究，完成了立体影像定位试验和测图生产。

1 GeoEye-I立体影像定位原理

1.1 RPC模型

有理函数模型(RPC模型)是使用两组不同的多项式函数，分别计算从地面坐标到影像的行列坐标。对于一个影像，定义如下比值多项式[1]

(1)

式中，P1、P2、P3、P4是三次多项式函数。(rn,cn)、(Xn,Yn,Zn)分别为像点坐标(r,c)、地面点坐标(X,Y,Z)经过平移和缩放后的标准化坐标

(2)

其中，X0、Xs、Y0、Ys、Z0、Zs为地面坐标的正则化参数，r0、rs、c0、cs为影像坐标的正则化参数， 这些参数与RPC模型中80个系数均保存于相应的RPC文件中[2-3]。

1.2 RPC模型的立体定位原理

针对式(1)和(2)进行变形，假设同名像点的像坐标为(rl,cl),(rr,cr)，根据泰勒公式将式(3)展开至一次项，针对每个立体像对，可以列出如下方程[9]

(3)

ν=AΔ-l

根据最小二乘原理，可以解算地面坐标改正数

(4)

1.3 RPC模型的优化

为了优化RPC模型，可以采用定义在影像面的仿射变换、平移变换、比例变换等来校正系统误差[4]。选用基于像方空间的仿射Affine变换模型优化定位模型[4]

Δr=e0+e1Sample+e2Line

(5)

其中，(Line，Sample)是控制点在影像上的行、列坐标，ei,fi(i=0,1,2)为仿射变换参数，可由控制点计算得出。

2 试验及分析

2.1 试验数据

选取南宁-凭祥线某区域的GeoEye-1立体像对，在该区域内均匀布设20个外控点和30个检查点，用以验证不同控制情况下的几何精度。

2.2 定向试验

利用GeoEye-I影像附带的RPC参数，基于RPC模型直接定位，选择多种布设方案，定向精度见表1。

表1 GeoEye-I立体像对定向精度

试验表明，针对本次采用的GeoEye-I立体影像，加入1个定向外控点，GeoEye-I立体影像的平面定向精度达到2 m以内，高程定向精度达到1 m左右。当加入一定数量控制点时，精度可达0.5 m以内。定向外控点数量增加到一定程度后，定向精度改善有限，趋于稳定。

2.3 测图试验

按照铁路1∶2 000的测图要求，参考已有的航测1∶2 000地形图资料，利用GeoEye-I立体像对测制影像范围内1∶2 000数字线划图，见图1。

图1 WorldView-Ⅰ卫星影像测制的1∶2 000地形图

根据测图试验，在GeoEye-I卫星立体影像模型下，可以直接判读公路、大车路、小路、街区、围墙、独立房屋、水塘、河流、堤坝、耕地等特征比较明显的地物，而管道、通讯线、输电线、电杆等地物很难从影像上判读，需要借助调绘片辅助辨认。

3 结束语

GeoEye-I卫星影像分辨率较高，且具备较高的地理定位精度，可为铁路勘测设计制图提供新的数据源。本次试验结果表明，GeoEye-I高分辨率卫星立体影像内部几何稳定性较高，配合RPC参数，只需少量定向外控点就可以达到0.5 m以内的定位精度，基本满足铁路勘测设计1∶2 000测图的精度要求，可以在困难地区或者工期极紧情况下加以利用。因数据有限，并没有针对更大范围的GeoEye-I立体像对进行定位研究，研究结论的应用范围有待进一步确定。

[1] JACEK Grodecki， DIAL Gene. IKONOS Geometric Accuracy Validation[A]. Proceedings of ISPRS Working Groups I/2， I/5 and I/7 on “High Resolution Mapping from Space 2001”.Hanover:[s.n]，2001.

[2] 刘军，张永生，王冬红.基于RPC模型的高分辨率卫星影像精确定位[J].测绘学报，2006，35(1):30-32

[3] 张祖勋，张剑清，廖明生.遥感影像的高精度自动配准[J].武汉测绘科技大学学报，1998，23(4)

[4] 张过，李德仁，袁修孝.卫星遥感影像的区域网平差成图精度[J].测绘科学技术学报，2006，23(4):240-241

[5] 巩丹超.高分辨率卫星遥感立体影像处理模型与算法[D].郑州：信息工程大学，2003

[6] 刘军，王冬红，毛国苗.基于RPC模型的IKONOS卫星影像高精度立体定位[J].测绘通报，2004(9):1-4

[7] 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].测绘工程，2004，13(1):124

[8] 张过.缺少控制点的高分辨率卫星遥感影像几何纠正[D].武汉:武汉大学，2005

TheApplicationofGeoEye-ISatelliteImageDrawinginRailwaySurveyandDesign

DAI Qiang-ling WANG Zhi MIN Shi-ping

2014-02-17

代强玲(1984—)，女，2009年毕业于武汉大学遥感学院摄影测量与遥感专业，硕士，工程师。

1672-7479(2014)03-0011-03

P231.5;P237

： A