Pléiades卫星影像正射处理中像控点布设方案研究

林小波

（1.广东省国土资源测绘院，广东 广州 510500）

Pléiades卫星影像正射处理中像控点布设方案研究

林小波1

（1.广东省国土资源测绘院，广东 广州 510500）

为测试Pléiades（普莱亚）卫星影像正射处理中采用不同像控点布设方案校正后的精度，以粤东区域一景Pléiades 1A级产品全色影像为例，利用现场采集的28个地面控制点和1∶10 000的DEM产品，采用了2×2、2×2+1、3×2、4×2、3×3、4×4这6种像控点布设方案进行正射校正测试，并对成图精度进行了分析。结果表明，精度最高、最低的中误差分别为0.61个像素、1.94个像素，各种实验方案的检查点残差各向异性，未见系统性差异，且这几种像控点布设方案得到的正射影像均能满足1∶5 000成图精度要求。按照现行质量评定标准，想要达到优质产品质量要求，单景至少需要6个像控点方可满足要求，综合考虑生产成本的投入，确定最佳布设方案为9个点。同时采用了广州城区一景数据对上述实验情况进行了检核，结果与测试结果相当。将该结果用于广东地区约95 000 km2正射影像生产，最终检测结果也与测试结果一致，证明了测试结果可靠，具有一定的推广价值。

Pléiades；像控点布设方案；正射处理

Pléiades高分辨率卫星星座由2颗完全相同的卫星Pléiades-HR 1A/1B组成，两颗卫星在相同轨道互成180°夹角运行，其中Pléiades-HR 1A于2011-12-17发射，Pléiades-HR 1B于2012-12-01发射，双星配合可实现全球任意地区的每日重访[1]，很大程度上满足了任何地区的超高分辨率数据快速获取的需求。全色波段星下点地面分辨率为0.7 m、扫描幅宽20 km[1]。在对Pléiades影像作正射处理时，虽然可以利用有理函数系数来实现定位，但是其定位精度偏低，不能满足高精度成图的需求，因此在进行正射处理时还需要一定数量的像控点来保证精度。如果像控点太少，则不能满足成图精度与模型解算可靠性的要求，但像控点过多又增加了外业工作量和项目成本。那么，像控点到底达到什么样的数量才能满足实际生产的需要，实现质量与效益的最佳组合呢？针对其他中高分辨率卫星影像的正射处理，已经有大量的研究成果[2-7]，这些研究成果对于Pléiades是否可行呢？为此，笔者结合广东省第一次全国地理国情普查数字正射影像生产的需要，从成图精度、成果质量等方面出发，探讨了利用Pléiades影像制作1∶5 000数字正射影像的像控点最佳数量与分布方案。

1 数据源及实验方案

为分析不同布点方案对成图精度、可靠性方面的影响，选择了粤东区域一景Pléiades全色影像进行实验，数据获取时间为2013-01-11，原始影像分辨率为0.7 m，侧视角11.653°。实验地形类别为山地，为检验最终的成果精度，根据几种像控点布设方案及检测的需要，野外共实测了28个像控点，具体分布见图1；高程控制资料采用省级基础测绘1∶10 000比例尺、5 m×5 m格网间距的数字高程模型。实验分别采用了2×2、2×2+1、3×2、4×2、3×3、 4×4这6种像控点布设方案进行测试，其余点作为成果检测点对最终成图精度进行检测，不同方案像控点与检测点分布见图2（其中▲为像控点，★为检查点）。

图1 实验区及像控点分布情况

图2 各种实验方案像控点与检查点分布图

2 结果及分析

按照上述控制点布点方案，把多出的像控点作为检查点，采用ERDAS IMAGINE 2010（美国ERDAS公司开发的专业遥感图像处理与地理信息系统软件）正射校正模块中的有理函数模型进行了校正实验，其中有理函数模型阶数为0，实验中像控点的定向残差均要求小于1个像素，成图分辨率0.7 m。再利用检查点对纠正后的成图进行精度检测，坐标不符值统计如表1 所示。

实验结果表明，各种实验方案的检查点残差各向异性，未见系统性差异。表1结果表明，像控点数量由4个增加至16个，成图精度整体上逐渐提高，精度的提高不仅表现在中误差与最大残差值变小，而且同名检查点坐标不符值也越小。上述不同像控点布设方案，均能满足1∶5 000数字正射影像的平面精度要求[9]。同时，随着像控点数量的增加，像控点定向残差整体上有所减小（极个别点略微增大）；而在各种方案中均作为检查点的点，定向残差整体上有所增大（极个别点略微减小）。

表1 不同布点方案精度检测结果

像控点由2×2增加到4×4，数量增加3倍多，成图精度虽然有所提高，但与投入的像控点数量增长不成比例。从成本的角度出发，2×2的像控点布设方案已可满足成图需要。但根据现行质量评定标准[10]，要到达优质测绘成果质量要求，成图平面位置中误差需小于成图中误差限差的一半，即1∶5 000数字正射影像成图平面位置中误差平均小于1.25 m（1.79个像素）。

2×2、2×2+1的像控点布设方案不能满足优质成果质量要求，从3×2到4×2以及从4×2到3×3的像控点布设方案中，每景像控点的数量仅增加了1～2个点，但是对精度提高较为显著。从性价比来看，3×3是较为理想的布设方案。

为验证实验结果的可靠性，选择了广州市城区的一景数据，数据获取时间为2013-11-03，侧视角为24.679°，原始分辨率为0.56 m，地形类别为平地，像控资料与数字高程模型来源与上述实验一致。分别按照2×2+1、3×3、4×4的像控点布设方案对其进行正射处理，利用多余检查点对正射影像成果进行了精度检测，结果与上述检测结果相当，说明上述实验结果可靠。

为满足广东省第一次全国地理国情普查需要，广东省采用QuickBird、WorldView-1/2、Pléiades-1A/1B、GeoEye-1 等高分辨率卫星遥感影像制作覆盖普查任务区的1∶5 000基础底图。通过分析，Pléiades影像236景（部分景为长条带，未进行裁切）、面积约95 000 km2，按照3×3的像控点布设方案（对于涉及长条带的影像，按照3×3标准景的像控点跨度，采用n×3的方式布设像控点）完成了Pléiades像控点布设与施测。同时按照每景2个检查点的标准，布设了946个检查点，利用这些检查点对最终的正射影像进行了精度检查，检查中误差为1.15 m（限差值2.50 m）、最大较差5.78 m，12个点超过2倍限差值（占1.3%）。结果表明，按照3×3的像控点布设方案校正的成果完全满足1∶5 000成果的精度要求，按照质量评定标准中位置精度质量元素的计算方法，根据检测中误差值计算得分92.4，达到项目设计优质成果目标。

3 结 语

Pléiades卫星影像在按2×2、2×2+1、3×2、4×2、3×3、4×4共6种不同的像控点布设方案作正射处理后，成图精度中误差分别为1.88像素、1.94像素、1.56像素、1.20像素、0.61像素、0.77像素；检查点残差各向异性，未见系统性差异，均能满足1∶5 000成图的精度要求。按照现行测绘成果质量评定标准，为保证成果质量达到优质成果的要求，对结果进行了纵向比较。综合考虑实际生产投入成本,研究总结Pléiades卫星影像正射处理中的像控点最佳布设方案，最后得出3×3的像控布点方案是最佳方案。

根据研究结果，建议广东省第一次全国地理国情普查基础底图生产采用3×3的像控布点方案。实际生产中共采集了946个检查点，对完成约95 000 km2的正射影像成果进行检测，平均中误差为0.81像素，成果质量达到优秀，实现了设计目标。实际证明，3×3的像控点布设方案可行，具有一定的推广价值。

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[3] 宋永亮. PCI进行SPoT5卫星影像正射处理像控布设研究[J].地理空间信息,2008,6(12)：40-43

[4] 邸国辉,程崇木,刘传生,等. 基于IRS-P5卫星影像测图的关键技术研究[J].地理空间信息,2012,10(3)：27-30

[5] 张利平. 缺少控制点的WorldView-2卫星影像正射纠正[J].测绘与空间地理信息,2013,36(10)：228-229

[6] 潘红播,张过,唐新明,等.资源三号测绘卫星影像产品精度分析与验证[J].测绘学报,2013,42(5)：738-744

[7] 吴培强,张杰,马毅.高分一号卫星影像海岸带区域定位精度评价[J].海洋测绘,2015,35(4)：63-66

[8] GB/T 24356-2009.测绘成果质量检查与验收[S].

[9] CH/T 9009.3-2010.基础地理信息数字成果1∶5 000 1∶10 000 1∶25 000 1∶50 000 1∶100 000数字正射影像图[S].

[10] GB/T 18316-2008.数字测绘成果质量检查与验收[S].

P237

B

1672-4623（2016）08-0061-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.08.020

林小波，工程师，主要从事测绘信息化工作。

2016-05-27。