高分辨率卫星遥感影像立体像对量测的实验——精度统计、分析总结和可行性分析

王洪艳，李国柱，冉磊，倪曙

（昆明市测绘研究院，云南昆明 650051）

高分辨率卫星遥感影像立体像对量测的实验
——精度统计、分析总结和可行性分析

王洪艳*，李国柱，冉磊，倪曙

（昆明市测绘研究院，云南昆明 650051）

对0.31 m分辨率Worldview3立体像对带RPC参数的立体量测实验，采用不同的作业平台对立体像对进行量测实验，进行精度统计、分析总结和可行性分析。最终得出0.31 m分辨率Worldview3立体像对在1∶2 000比例尺3D产品生产的可行性，为生产服务打下基础和实践。

高分辨率；卫星遥感影像；立体像对；精度统计；分析总结；Worldview3卫星

1　引 言

充分利用Worldview3卫星遥感影像立体像对，可提高1∶2 000地形图更新的作业效率，为生产服务打下基础和实践；可拓宽1∶2 000地形图的更新渠道，为快速获取高质量地理空间数据提供新途径。本文基于全数字航天航空摄影测量工作站（航天远景软件平台和适普软件平台的采用，主要是验证主流航测软件对卫星遥感影像立体像对量测的可行性实验），对Worldview3卫星遥感影像立体像对量测实验，并进行了精度统计、分析总结和可行性分析。

2　卫星影像及研究区概况

2.1卫星遥感影像立体像对资料

本研究区域所使用的卫星影像为0.31 m分辨率WorldView3立体像对并带RPC参数，立体像对的获取时间为2015年5月4日，实验域内整体云量小于10%，面积为200 km2。

2.2实验区概况

实验区行政隶属于云南省政治、经济、文化、科技、交通中心昆明市，昆明市南濒滇池，三面环山，位于中国的西南部，云贵高原中部，市中心海拔1 891 m。实验区中大部分区域为地势较平坦的坝区。实验区代表了云南高原山区和高原盆地坝区的地貌特点。影像粗略概况图如图1所示:

图1　昆明市卫星影像实验范围概略图

3　遥感影像立体像对测量原理

遥感影像立体像对测量是利用 0.31 m分辨率Worldview3遥感影像立体像对和RPC参数、野外实测控制点，恢复空间立体模型（并加密控制点），在立体模型下进行量测，生产3D产品。具体的作业流程如图2所示:

图2　遥感影像立体像对作业流程图

4　遥感影像立体像对实验实施

4.1控制测量

本测区的影像0.31 m分辨率Worldview3立体像对，像控点布设根据像对的分布及覆盖情况进行区域网布点，采用控制测图区域尽可能大于影像范围的原则，像控点分布在影像的四周和中部（立体像对布点规范要求进行）。控制点及检查点测量采用GPS定位系统作业，按《航空摄影测量外业规范》、《GPS规范》执行。投影的数学基础为:平面坐标系:1987昆明地方坐标系，椭球参数参照北京54坐标；高斯克吕格投影，3°分带；子午线缩放比为1；高程基准:1985国家高程基准。

4.2空三加密

基于高分辨率卫星遥感影像和控制点的遥感影像平差技术已经得到了初步的应用和发展。本次实验采用适普公司开发的VirtuoZoSat卫星立体影像进行空三加密，该软件是进行卫片空中三角测量的专用软件。同时，也采用航天远景软件包（SATMatrix模块）进行空三加密。

4.3卫星遥感影像立体像对量测

实验是利用0.31 m分辨率Worldview3立体像对进行DLG量测，量测具体过程按图2遥感影像立体像对作业流程图进行，在立体影像下测制1∶2 000DLG数据，尝试高分辨率卫星在大比例尺3D产品生产中的运用。

4.4结果的精度分析

实验依据立体像对立体下量测的1∶2 000DLG数据，并与现有数据库数据（相同比例尺）进行比对和中误差计算，得出相应的实验结论。

5　适普软件平台作业简介和测量（DLG）精度统计

5.1适普软件平台作业

采用适普公司的VirtuoZoSat数字摄影测量工作站进行实验和分析。

5.2精度统计方式

本次精度对比依据是昆明市测绘研究院现有成品图1∶2 000DLG地形图（或称老图）为底图，进行卫星影像立体像对立体量测的1∶2 000DLG（或称新图）与现有成品图1∶2 000DLG地形图存在的相同地物进行平面位置对比及相似接近同一高度的高程对比，计算选取点位平面误差的中误差和计算选取点位高程误差的中误差。图3平面精度统计选取点位；图4高程精度统计选取点位。

图3　平面精度对比选取精度监测点示意图（灰色底图为1∶2 000DLG成品图）

图4　高程精度选取精度监测点示意图（灰色底图为1∶2 000DLG成品图）

5.3平面精度统计表（如表1所示）

平面精度点位中误差结果　表1

5.4高程精度统计表（如表2所示）

高程中误差结果　表2

5.5实验小结（适普软件平台）

利用0.31 m分辨率Worldview3立体像对进行量测的1∶2 000DLG平面中误差为（0.762 m），高程中误差为（0.596 m）。备注:采用我院现有1∶2 000地形图为统计底图，卫星影像立体像对（0.31分辨率）实测DLG数据对比量算。精度要求:基础地理信息数字成果 1∶500 1∶1 000 1∶2 000数字线划图（CHT 9008.1-2010）有关规定（表5所示）。实验数据达到相关规范规定。本次测试地形为山地和丘陵地混合地区（确定为山地）。

6　航天远景平台作业简介和测量（DLG）精度统计

采用的软件平台为航天远景软件 SATMatrix、MapMatrix、FeatureOne软件下进行实验和分析。

6.1卫星像对空三加密

卫星影像立体像对空三加密在SATMatrix模块下进行，图5为加密软件作业界面。添加控制点及加密（图6作业残差结果报告XK开头的点为控制点，其余为加密点）。

图5　SATMatrix加密界面

图6　作业残差结果报告

6.2航测成图

空三加密完成后，要在 SATMatrix模块下导出MapMatrix工程文件。由于在SATMatrix下是将影像制作成*.sat的虚拟景影像进行加密的，在导出工程文件之后，要对其进行打散，拆解成较小单位的小景影像，才能在MapMatrix中使用。在MapMatrix下，合成立体像对，然后新建DLG文件，调入立体像对，即可调用FeatureOne模块进行测图（如图7所示）。我们选取了地物比较全面的一块小区域进行测图实验。

图7　FeatureOne模块进行测图界面

6.3精度统计方式及结果

（1）测图完成后，与库内已有的1∶2 000地形图数据进行比对。平面位置选取了54个点进行比对，中误差为0.802 3 m。具体分布位置如图8所示（图中绿色三角为选取位置）。高程点选取的为同一平面上相近的点，共选取了98个点进行比对，高程中误差为0.461 5 m。具体分布位置如图9所示（图中绿色圆圈为选取位置）。

图8　平面精度对比点图示

图9　高程精度对比点图示

（2）平面精度和高程中误差统计表（如表3和表4所示）

平面位置中误差结果　表3

高程中误差结果　表4

6.4实验小结（航天远景软件平台）

（1）在加密过程中，遇到的软件包问题有以下几个方面:

①控制点设置为不参与空三计算，但在平差后的报告里依然存在；②误差报告显示的是控制点在两张像片上各自的误差，没有总体的中误差；③报告中没有显示高程中误差。这与软件的完善有关。

（2）在测图作业过程中，遇到的问题主要有以下几方面:

①使用的是卫星像片，由于航高等原因，在观测立体像对时，发现观测的地物高差与实际高差有很大的区别。地物高差显示很夸张，但实际测出来并没有那么大的高差，给地物的综合取舍造成了一定的难度；由于影像的分辨率为0.3 m，在测图过程稍不注意，很容易就会有1 m左右的误差，精度难控制。②如城中村这种房屋密集的地方，由于存在第一条所述的问题，测图比较困难，矮层的房屋很难辨别，如图10所示。③在测图中，受影像分辨率的限制，会给地物判读带来难度。如图11所示，白笔所圈的道路看上去很窄，可以用单线路表示，量算后发现其实已经超过了2 m，要用双线路表示。④电杆、路灯等点状地物难以辨别，需要外业调绘补测，会给外业加大工作量。

图10　城中村房屋密集图示

图11　道路宽度图示

7　总结及建议

（1）精度分析:与立体判读有关；与分辨率有关；与航高有关；与影像明亮度有关；与控制点精度有关等。

（2）过程分析:在立体量测下，卫星航高较高，视角小，高程视角困难，立体判读困难，特别的是城中村密集的地方，作业人员工作难度，工作量大，表示完整性受到影响。

（3）操作平台:与操作规程和习惯有关，符号库的配置合理有关。本次测量结果均在各自的软件平台上进行立体测量，存在软件熟悉不够（航空影像立体量测是在清华山维软件平台进行）。如果开展卫星影像立体像对测绘工作，软件还需要进行升级才行，现在试用软件包。

（4）其他建议:开展此项业务必要的练习时间和培训必不可少，才能适应卫星影像立体像对立体量测作业。

（5）依据《数字地形图产品基本要求》GB/T 17278-2009，1∶2 000地形图的平面位置中误差和高程中误差不得大于下表的规定，如表5所示。本次实验的区域属于山地地形，对照表5，平面位置和高程中误差分别不得大于1.6 m和1.2 m。通过与库内已有数据的比对，我们计算出本次实验图幅的平面位置中误差为0.802 3 m，高程中误差为0.461 5 m。满足1∶2 000地形图精度的要求。卫星影像像对的应用方面，具有优点和不足两个方面:①优点方面是:卫星影像实时获取（最新）；无需要进行空管申请；容易解译判读的地方精度良好；可以减少部分外业工作量；作业面积大；空三作业工作量小；像幅广（立体像对覆盖面积大）。②不足之处是:卫星影像航高较高，视角变小，解译判读困难，视差大（由于航高等原因，在观测立体像对时，发现观测的地物高差与实际高差有很大的区别）；房屋密集地区作业困难；影像有阴影遮盖；地物微小不易解译判读；影像质量关系到3D生产精度。

平面位置中误差和高程中误差　表5

（6）利用航天远景软件平台和适普软件平台的测量结果，通过本次的实验与总结分析，卫星影像0.31 m分辨率Worldview3立体像对带RPC参数，基本可以进行1∶2 000作业生产，满足相关的精度要求，对下一步的3D生产具有参考作用。

［1］孙家柄，舒宁，关泽群.遥感原理、方法和应用［J］.测绘出版社，1997.

［2］MapMatrix4.0用户手册［R］.2014.

［3］CHT 9008.1-2010.基础地理信息数字成果1∶500 1∶1000 1∶2000数字线划图［S］.

［4］VirtuoZoSat卫星影像处理流程［R］.2013.

［5］VirtuoZoSat_help［R］.2013.

［6］SATMatrix1.0用户手册［R］.2014.

High Resolution Satellite Imagery on the Stereo Pair Measurement Experiment——Accuracy of Statistics，Analysis and Feasibility Analysis Summary

Wang Hongyan，Li Guozhu，Ran Lei，Ni Shu
（Kunming Institute of Surveying and Mapping，Yunnan 650051，China）

On the 0.31 meter resolution Worldview3 stereo image pair with RPC parameters of the three-dimensional measurement experiment，using different operating platform for the measurement of three-dimensional image of the experiment，the accuracy of statistical analysis，analysis and feasibility analysis.Finally come to the 0.31 m resolution Worldview3 stereo image on the 1∶2000 scale production of 3D products for the production of the feasibility of the production and service to lay the foundation and practice.

high resolution；satellite remote sensing image；stereo image pairs；precision statistics；analysis and summary；Worldview3 satellite

1672-8262（2016）04-91-06

P236

B

2016—03—24

王洪艳（1970—），男，高级工程师，主要从事遥感与航空摄影测量相关的工作。