测绘科学技术

资源三号测绘卫星传感器校正产品几何模型

潘红播，张过，唐新明，等

测绘科学技术

资源三号测绘卫星传感器校正产品几何模型

潘红播，张过，唐新明，等

目的：资源三号测绘卫星采用多片 CCD拼接成像的方式获取地面影像，由于该产品中包含了较多的畸变，用户难以直接使用，且其RPC模型替代精度低。本文提出了一种基于虚拟重成像的方式消除影像中的内外畸变、生成无畸变传感器校正产品的技术，并分析了该过程中引入误差的大小。方法：本文首先建立了资源三号测绘卫星多片 CCD影像的严密成像几何模型；分析了多片 CCD影像中存在的畸变，将其分为：内畸变与外畸变。内畸变是指相机内部的畸变引起的 CCD影像变形，包括：光学镜头畸变、CCD畸变以及主点和主距的误差；外畸变包含 CCD积分时间不一致、轨道参数中的噪声以及姿态的抖动等。在此基础上，提出了基于理想无畸变的虚拟 CCD对原始影像进行重成像，消除多片 CCD影像中的内外畸变。由于虚拟重成像过程中成像光线方向发生变化，本文分析虚拟重成像过程中可能引入的投影差误差和交会误差，表明资源三号测绘卫星全色相机引入误差可以忽略不计，多光谱相机需外部 DEM辅助以实现高精度波段间配准。结果：通过对河北安平地区和河南登封地区的影像分析表明，当仅消除内畸变影响时，RFM替代精度优于0.7像素，而消除内外畸变后，RFM的替代精度优于0.01像素。在生成无畸变传感器校正产品的基础上，通过安平地区474个控制点，登封地区 36个控制点，采用基于像方仿射变换模型的 RFM平差方法对传感器校正产品精度进行验证。登封地区无控制点平差时，检查点平面中误差为10.10 m，高程中误差为1.88 m。四角点布控，其余点作检查点，检查点平面中误差为2.60 m，高程中误差为1.58 m。安平地区无控平差时，其平面中误差为15.11 m，高程中误差为8.30 m；4角点布控时，其平面中误差为1.78 m，高程中误差为1.46 m。当仅选取前后视两线阵影像进行平差时，安平地区检查点中误差在平面上为2.44 m，高程上为1.60 m；登封地区检查点中误差平面上为2.88 m，高程上为1.66 m。结论：资源三号测绘卫星传感器校正产品有效地消除了多 CCD影像中存在的镜头、CCD以及主点主距的内畸变和积分跳变、轨道高频噪声以及姿态抖动引起的外畸变，建立了替代精度优于1%像素的高精度传感器校正RFM。而虚拟重成像过程中引入的投影差误差和交会误差对于全色相机影像可以忽略不计，对于多光谱相机则需引入SRTM作为高程参考。资源三号卫星三线阵平差和两线阵平差相比，在平面上增加了多余观测，提高了平面定位精度，高程精度基本一致。资源三号卫星无地面控制点立体定位精度可以达到15 m。带控制点平差平面误差在3 m之内，高程误差在2 m之内，完全满足1︰50000测图的需求。

来源出版物：测绘学报, 2013, 42(4): 516-522

入选年份：2015

论地图学的属性和地图的价值

王家耀，成毅

摘要：目的：地图学和地图对测绘学和地理学来说都是十分重要的。不同历史时期的专家学者们对地图学的属性和地图的价值有不同的认识。本文通过对地图学发展历史和时代特征的分析，探讨地图学的属性和地图的科学价值。方法：从科学、技术、工程的概念和特征出发，通过对传统地图学到信息化时代地图学发展史的回顾与分析，揭示地图学的属性和特征。从地图学对人类思想领域引发的变革出发，通过对地图在各行业应用的归纳，总结出地图学的科学价值。结果：通过分析认为，地图学具有科学、技术和工程属性。（1）科学属性体现在地图学具有完整的理论体系。传统地图学的理论体系包括地图投影、地图符号和地图综合三大理论基础上；信息时代地图学的理论体系以贯穿地图信息传输全过程的地图空间认知作为核心，由地图信息论、地图模型论、地图符号学共同构成。（2）技术属性体现在地图制图以地图学理论为指导，采用某种技术工艺流程和与之相适应的制图设备或仪器，进行地图设计、地图编绘、地图印刷，并提供应用服务。包括传统时代绘图法、刻图法以及信息化时代的地理信息系统、虚拟地理环境等。（3）工程属性体现在地图制图系统、生产系统、地理信息系统、虚拟地理环境等地理信息工程的标准化、可重复运作的特征。地图是表达复杂地理世界最伟大的创新思维，具备表达地理世界的空间结构和空间关系的本质功能。地图的价值体现在科学、社会、法理、文化和军事5个方面。（1）地图揭示科学规律、反应科学进步。（2）地图是社会生活中必不可少的工具；（3）地图是明疆示界的法理依据。（4）地图是记载和传承人类文明的载体。（5）地图是军事筹划和作战指挥的工具。结论：地图学的属性和地图的价值是一个值得进一步研究的基础性问题，对于促进地图学的创新发展具有积极意义。正确理解地图学科学属性、技术属性和工程属性的内涵和相互关系，将有助于增强地图学的创新思维意识；深刻理解地图的价值，将有助于推动信息时代地图的应用研究。

来源出版物：测绘学报, 2015, 44(3): 237-241

入选年份：2015

资源三号测绘卫星三线阵影像高精度几何检校

蒋永华，张过，唐新明，等

摘要：目的：高精度几何检校是测绘卫星实现立体测图的关键。资源三号卫星是我国第一颗民用立体测绘卫星，为保障其测图精度，使其满足 1︰50000测图指标要求，本文研究其三线阵影像高精度几何检校方法，以消除资源三号成像系统误差，最终提升立体测图精度。方法：根据经典共线方程原理构建了资源三号几何检校用的严密成像几何模型；基于窄视场条件下轨道误差与姿态误差的等效关系，采用偏置矩阵统一补偿外方位元素系统误差；推导了线阵 CCD载荷主点偏移误差、主距误差、探元尺寸误差、CCD旋转误差及镜头光学畸变对几何定位的影响，在此基础上建立了资源三号三线阵相机畸变模型用以补偿内方位元素系统误差；提出了多检校场联合检校方案，保证了检校参数的稳定性。结果：利用登封检校场区域和天津范围的1︰2000的DOM、DEM 作为联合检校的控制数据对资源三号三线阵相机进行几何检校，检校后沿轨/垂轨向最大残差低于0.5/0.8像素，中误差优于0.3像素；采用内蒙、俄罗斯等8个区域数据对检校后的无控定位精度进行验证，实验表明资源三号无控定位精度优于20 m；利用河北安平区域的靶标控制点对检校后的立体测图精度进行验证，结果表明平面定位精度优于0.6 m，高程精度优于0.5 m，达到资源三号测绘卫星所能达到的理论极限精度。结论：本文在严密几何成像模型中引入偏置矩阵，能够很好的消除相机安装等外方位元素系统误差；构建的多线阵CCD畸变模型能够很好地消除相机内方位元素误差，最终资源三号无控制定位精度优于20 m，利用靶标控制点的立体测图精度平面优于0.6 m，高程优于0.5 m，接近理论极限精度；同时，实验也验证了资源三号三线阵相机并不存在镜头光学畸变，符合无畸变设计。

来源出版物：测绘学报, 2013, 42(4): 523-529，553

入选年份：2015