多源卫星影像二次联合平差技术应用

刘旺生，王佑武，李崇伟

(61243部队，新疆乌鲁木齐830006)



多源卫星影像二次联合平差技术应用

刘旺生，王佑武，李崇伟

(61243部队，新疆乌鲁木齐830006)

摘要：卫星遥感影像中山体阴影、云雾遮挡、雪山水体反光和摄影“漏洞”等影像缺陷严重影响和制约立体测图的效率和成果精度。本论述结合项目实践，介绍了综合利用多源卫星影像二次联合平差的技术方法。通过对实验成果数据精度分析和类似工程实践应用，此方法技术可靠，能够有效解决此类问题。

关键词：多源卫星影像；影像“漏洞”；二次联合平差；精度

1　概述

随着测绘信息技术的快速发展，航天遥感已步入一个能快速提供多种高分辨率对地观测数据的新阶段，卫星遥感影像正越来越多地应用于摄影测量领域[1]，是快速获取地理空间信息的一种重要方法。由于受拍摄时间和区域的限制，卫星影像极易出现山体阴影、云雾遮挡、雪山水体反光、和其他摄影“漏洞”问题，给后续工作带来了很大困难。通常利用已有的地形图资料对云层覆盖区进行补测[2]，此方法虽然可以作为一种解决问题的办法，但两种资料间的误差无法控制，不能保证成果精度。为了更好的解决这一类问题，我们在某型号卫星影像区域网控制三角测量的基础上，引进资源三号等其他卫星影像经过联合平差进行补充作业，在实践中取得了良好的效果。本论述以某型号卫星影像为主，“资三”等卫星影像为补充，采用多源卫星影像二次联合平差技术作为解决影像缺陷问题的途径。

2　数据分析

在西部某测区1:5万地形图测制项目中，以某型号卫星影像为基本资料，以资源三号等其它卫星影像为补充，基于统一有理多项式（RFM）成像模型理论和大范围稀少（无）地面控制点的区域网平差方法完成空中三角测量[3]。在影像资料分析时，各景影像上都有部分区域的阴影和云雪覆盖，形成影像“漏洞”。由于影像覆盖范围广，对整体空中三角测量影响不大，但在数据采集时，局部范围的影像“漏洞”对立体地貌测绘和影像判绘造成了较大影响，甚至导致个别区域无法作业。在现有影像数据无法满足成图要求的情况下，可以考虑使用其他影像资料补充“漏洞”区域，使用多种卫星影像联合平差的方案，解决影像“漏洞”问题。

资源三号卫星搭载有1台地面分辨率优于2.1m的正视全色CCD相机，2台地面分辨率优于3.5m的前、后视CCD相机，可以提供优于5m地面分辨率的立体像对，可以达到1：5万比例尺地形图测制要求[4]，能够满足补充影像“漏洞”要求。虽然不同卫星影像分辨率和比例尺等参数不同，直接进行联合平差的难度很大，但采用多源影像二次联合平差的方法，可以建立可靠的补充影像立体模型。

3　技术方法

利用卫星影像测制地形图的基本原理是以影像为基本测图资料，利用卫星的轨道参数、传感器参数等建立卫星图像成像解析关系的数学模型，模型间选取一定数量的连接点，采用基于少量地面控制点或无地面控制点的卫星影像区域网平差技术，解算各模型正确的姿态参数，通过数学模型计算卫星影像点对应于地面点的大地坐标[5]。运用资源三号卫星影像进行“漏洞”补充，首先在原局域网模型中选择相应的点位，平差计算后可获得精度较高的点位坐标成果，可作为资源三号卫星影像加密控制点使用。然后将相应点转刺到资源三号卫星影像上，与影像自身参数一起进行二次平差计算，建立资源三号卫星影像立体模型。基本流程如图1所示。

图1　多源卫星影像二次平差流程

3.1空中三角测量

原卫星影像空中三角测量，是以线阵立体影像为基础，基于自定位参数（rpc）的区域网平差方法，对大区域、多轨、多重叠卫星影像进行平差处理[6]。

3.2获取原影像加密点位图

不同卫星影像摄影高度、时相、卫星姿态等参数都不相同，影像之间往往存在较大差异。为了得到资源三号卫星影像准确的控制点位，需要从加密后的影像中获取加密点点位图。可采取截取原影像的方式，获得加密单点图。

3.3转刺加密点

按照获取的加密单点图，将每个加密点准确地转刺到资源三号卫星影像对应的位置上。在转刺加密点时，注意以下几点：

一是尽量不要在云影遮挡和山体阴影区附近选点，点位应避开大面积冰雪覆盖区域，最好选择夏季影像。

二是点位应该选择在山头、线状地物交叉口等影像特征明显处，以提高转刺精度。

三是要灵活确定转刺点类型和数量。根据实验，两景影像重叠区域一般转刺3个连接点就可以满足要求，在特殊情况下，可以转刺2个连接点，至少要有一个连接点。三景影像重叠时，原则上要有三度重叠的连接点，如图2所示。

图2　原影像加密点示意图

在选择三度重叠连接点困难的情况下，可以采取两两连接的方法选点。如图3所示。

图3　转刺至资3影像加密点示意图

3.4二次联合平差计算

完成加密点转刺后，将原卫星影像和资源三号卫星影像整理到同一个工程文件中，各自采用相应的rpc参数，进行二次联合平差计算。

4　精度检测

4.1检测方法

检测联合平差精度可以用两种方法。一种方法是：在不同影像建立的立体模型上分别采集同名特征点，进行坐标比对；另一种方法是：用一种影像立体模型采集地物、地貌数据，再用另一种影像立体模型检查比较[7]。

4.2检测结果

4.2.1同名特征点对比精度

通过对两种影像立体模型同名特征点坐标比对，按照“基础地理信息数字产品1：10000、1：50000生产建设规程第一部分数字线划图（DLG）”对加密点精度要求，平地困难地区检查点平面中误差应小于35m，高程中误差应小于4m；高山地困难地区检查点平面中误差应小于50m，高程中误差应小于14m[8]。检测结果平面中误差为7.47m；高程中误差为3.74m，精度符合限差要求，可以满足1：5万地形图成图要求。详细情况见表1。

4.2.2立体模型套合精度

将原卫星影像立体模型采集获得的矢量数据，引入资源三号卫星影像立体模型做套合检查。经量测统计，平面中误差小于10m，高程中误差小于4m，结果符合 “基础地理信息数字产品 1：10000、1：50000生产建设规程第一部分数字线划图（DLG）”精度要求[8]。

表1　不同影像立体模型同名点坐标比对

4.2.3数据接边精度

用两种卫星影像构建立体模型，分别采集连接处两侧图幅矢量数据，然后做接边检查。通过检查，图幅间相同要素接边误差小于18m。对于测制1：5万地形图来说，符合困难地区等高线接边差小于一个基本等高距和地物接边小于6m的要求[9]。

5　结束语

不同遥感卫星影像的二次联合平差方法，解决了测区影像“漏洞”问题。经检查检测，精度能够达到作业规范要求。本方法可以推广应用到其他利用多源遥感卫星影像测图项目，可以作为解决此类问题的一种有效方法。但要注意尽量使用分辨率、时相等参数相近的影像，以达到更好的效果。

参考文献：

[1]张永生,巩丹超,刘军等.高分辨率遥感卫星影像应用:成像模型、处理算法及应用技术[M].北京.科学出版社,2004.

[2]符爱琴,刘荣科,孙曼.卫星影像线划图云区的补测方法[J].河南科技，2012(6):61-61.

[3]张力,张继贤等.基于有理多项式模型RFM的稀少控制SPOT-5卫星影像区域网平差[J].测绘学报.2009，38(4): 302-310.

[4]周太平,熊勇.资源三号卫星影像在1:5万地形图更新中的应用[J].江西测绘.2013(1):9-10.

[5]刘 敏健.卫星影像在1:5万地形图生产中的应用[J].四川测绘，2003(1):40-42.

[6]GB/T23236-2009.数字航空摄影测量，空中三角测量规范[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局/中国国家标准化管理委员会，2009.

[7]GB/T17157—2012.1∶250001∶500001∶100000地形图航空摄影测量数字化测图规范[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局/中国国家标准化管理委员会，2012.

[8]CH/T1015.1-2007.基础地理信息数字产品1：10000、1：50000生产建设规程第一部分数字线划图（DLG）[S].国家测绘局，2007.

[9]GB12340-90.1：250001：500001：100000地形图航空摄影测量内业规范[S].国家技术监督局，1990.

中图分类号：P208