资源三号卫星影像在边境地区的数字表面模型生产应用研究

郑福海　国仲凯

摘要：本文主要通过资源三号卫星影像在边境地区的生产应用实践，讨论基于无控纠正下的资源三号卫星影像的数字表面模型快速生产流程及精度情况，并分析其适用条件。研究表明：资源三号测绘卫星影像在空间分辨率、定位精度与时效性等方面代表了我国自主民用遥感卫星的领先水平，突破了我国遥感卫星的精密定轨定姿技术、光学卫星几何检校技术

关键词：资源三号卫星影像；边境地区；数字表面模型；生产应用

引言

“一带一路”战略构想的提出，契合沿线国家的共同需求，为沿线国家优势互补、开放发展开起了新的机遇之窗。“一带一路”战略实施迫切需要全球地理空间信息的支撑，需要开展大规模全球测图工程，而资源三号等立体测图卫星以及高精度测图技术的突破口为我国开展境外测图奠定了一定的基础。本文通过利用资源三號卫星影像进行地理信息产品生产，研究资源三号卫星影像可达到的数学精度和要素提取程度，确定各项精度指标和技术参数；为基础地理信息产品的获取提供新的途径；为缩短测绘产品生产周期提供新的方法；为边远地区和边境地区的测绘生产提供新的思路。

1. 资源三号卫星简介及处理

1.1 简介

资源三号卫星，是中国第一颗自主的民用高分辨率立体测绘卫星。资源三号卫星已于2012年1月9日在太原卫星发射中心由长征四号乙运载火箭成功发射，同时搭载有一颗卢森堡小卫星，这是长征系列运载火箭的第156次发射。资源三号卫星共装载四台相机，一台2.5m分辨率的全色相机和两台4m分辨率全色相机按照正视、前视、后视方式排列，进行立体成像，还有一台10m分辨率的多光谱相机，包括蓝、绿、红和近红外四个波段，光谱范围分别为0.45μm～0.52μm，0.52μm～0.59μm，0.63μm～0.69μm，0.77μm～0.89μm。卫星可对地球南北纬84°以内地区实现无缝影像覆盖，回归周期为59天，重访周期为5天。卫星的设计工作寿命为4年。

1.2 影像处理

资源三号卫星成像传感器多为线阵CCD传感器，其获取的每一扫描行影像与被摄物体之间具有严格的中心投影关系，随着平台的移动，获取连续的二维影像，即行中心投影与列平行投影结合的成像方式，每一扫描行外方位元素随成像时刻的不同而变化，求解每一时刻的外方位元素不太现实，需要对成像时刻的外方位元素用数学模型进行合理的内插，同时可以减少未知数的个数，使求解成为可能。较为常用的外方位元素模型有一般多项式模型、定向片模型以及分段多项式模型等。

2. 资源三号卫星影像数字表面模型生产与精度分析

2.1 应用区简介

全球测图工程是在边境及境外区域大规模利用高分辨率卫星影像进行地理信息产品测绘的实践应用，下面以实际生产中的某一测区为例来进行说明讨论。该测区覆盖1∶5万图幅400幅，总面积约20万平方公里。共获取了200景的资源三号卫星影像，获取时间为2014年～2016年。

2.2 使用的软硬件

主要软硬件设备包括集群式影像处理系统GEOWAY CIPS软件及可进行图形、图像处理的高配置微机等。

2.3 数字表面模型生产及精度分析

2.3.1 无控制区域网平差

在GEOWAY CIPS软件中建立工程，首先输入测区参数等相关信息，将所有影像引入到工程中，然后自动匹配连接点，同时进行控制点的量测，最后以测区所有卫星影像为加密单元，进行区域网平差计算。

2.3.2 数字表面模型生产

（1）密集匹配

利用区域网平差精确求解的卫星影像成像模型参数构建立体几何模型，采用密集匹配算法结合有效的匹配策略对立体像对进行匹配，获取高精度的同名点，获得物方密集点云数据。

（2）栅格化

利用密集点云数据，根据 Delaunay 三角剖分方法构建不规则三角网TIN，利用曲面拟合内插方法进行栅格化处理。

（3）后处理

根据测区地形进行平滑处理，消除栅格化成果的高程突变，使数字表面模型成果表面平滑。

2.3.3 精度分析

后处理完毕后，选取三个区域利用立体量测的检测点对生成的数字表面模型进行精度检测，检测结果表明数字表面模型精度满足1∶50000比例尺规范要求，结果见表1。

3. 结论

通过试生产情况表明，资源三号测绘卫星影像在空间分辨率、定位精度与时效性等方面代表了我国自主民用遥感卫星的领先水平，突破了我国遥感卫星的精密定轨定姿技术、光学卫星几何检校技术，具有较高的定位精度，资源三号卫星影像前视、后视形成的立体模型，影像清晰、要素判别清楚，完全能够满足1∶50000数字测绘产品生产的精度要求，比较适合边境地区数字测绘产品的快速生产需求。

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