高分辨率遥感立体像对在水电站测图中的应用

黄文钰,尚海兴,王 明

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

为满足大面积水域与高山峡谷、人员难以企及等区域的地形图测绘需要，本文以某大型水电站库区测图项目为依托，开展高分辨率卫星立体像对在大比例尺测图中的应用研究。通过优化像控方案，对 WorldView3立体像对进行空三加密与立体采集实验，然后进行精度统计，分析总结利用WorldView3立体像对，使用少量像控点保证1∶2 000地形图的作业方案、生产流程及产品质量控制方法。

1 测区与影像资料概况

1.1 测区概况

某大型水电站位于黄河干流上，测区面积约为1 100 km2。黄河自西向东穿行于峡谷中，两岸峭壁陡立，河道狭窄，水流湍急，最窄处仅有30 m左右，两岸相对高度约200～300 m，最高可达 800 m。测区部分区域人员设备难以到达，像控布设具有相当大的难度；水域面积大，阴雨天气多，也给数据获取与处理造成较大的困难。

1.2 卫星影像立体像对资料

WorldView3是美国DigitalGlobe公司第四代高解析度光学卫星，2014年8月发射后在很长一段时间内被认为是全球分辨率最高、响应最敏捷的商业成像卫星[1]。该卫星运行在高度496 km、倾角98°、周期94.6 min的太阳同步轨道上，平均重访周期为 1.7 d，每天能够拍摄多达50万 km2的高分辨率影像。卫星能够快速瞄准要拍摄的目标和有效地进行同轨立体成像。

本项目使用WorldView3的0.3 m分辨率全色立体像对与1.2 m分辨率多光谱立体像对，立体像对的获取时间为2017年6月，拍摄面积为 1 227 km2。

2 立体像对空三测图实验

2.1 空三加密

利用卫星立体像对测图的生产流程如图1所示，主要是利用遥感影像立体像对和RPC参数[2]，加入野外实测控制点进行空三加密，恢复空间立体模型,在立体模型下进行量测、生产地形图[3]。其中空三加密作为内外业的纽带，是最重要的环节。

图1 卫星立体像对航 测生产流程图

空三加密的具体步骤如下：

(1) 根据分块信息“.til”文件实现卫星影像的分块自动拼接，拼接成完整的一景“.tif”影像。

(2) 根据具体项目需求，将影像转换为测图软件能够识别和显示的格式。

(3) 生成金字塔影像，并进行影像增强，可供影像匹配使用。

(4) 建立工程，对影像指定rpc参数，进行自动连接点提取与匹配；若连接点强度不够，可加入部分人工连接点。

(5) 导入控制点文件，进行控制点预测及量测。

(6) 进行区域网平差，根据平差结果进行像控点和连接点的立体观测及调整。

(7) 引入检查点，对空三结果进行检查，满足规范后导入测图软件进行立体检查，合格后方可进入立体采集环节。

为提高处理速度，空三加密采用0.3 m分辨率的全色立体像对，根据GB 23236—2009《数字航空摄影测量 空中三角测量规范》的要求，空三加密的精度必须满足表1中1∶2 000的要求[4]。

2.1.1 像控点检查

按照规范要求对外业像控点进行检查，像控点布设应根据像对的覆盖情况进行区域网布点、布设区域尽可能大于测图范围的原则,均匀分布在影像的四周和中部。点位应选择在常年相对固定的明显的地物、明显线状地物交角中心、小于 0.3 m的点状地物中心等；并应做好点位标记，绘制点位略图[5]。

检查点要求目标在每幅影像上明显、清晰、易读，在实地易于准确定位和量测，要求做好点位标记，检查点要求每km2布设 1～5个，并尽量在图幅范围内均匀分布[7]。

表1 基本定向点残差、检查点误差、公共点较差最大限值表 /m

2.1.2 区域网平差

为保证测图精度，采用常规的像控点布设方案，在影像的四周和中部均匀布点，另外在水边、影像拐角等处加布一些像控点与像控检查点[8]。

利用以上的像控点成果内业判刺后平差，空三加密精度如表2所示。

表2 空三加密精度统计表

平差结果能够达到1∶2 000比例尺地形图空三加密的精度要求，可以满足后续工序的使用。

2.1.3 像控点优化

通过实验探索像控点布设的优化方案，仅保留影像周围和中间的像控点。利用少量的像控点进行空三加密实验，然后统计空三加密精度。像控点优化前后像控点数比较见图2、3。

图2 像控点优化前后精度比较图

图3 像控点优化前后像控点数比较图

实验表明，经过像控方案优化后的空三加密精度能够也完全满足1∶2 000地形图山地精度要求，能够进行立体采集。

表3 优化像控方案后的空三加密精度统计表

结果表明，像控优化后的空三加密精度较优化前略有降低，但均严格满足1∶2 000地形图的规范要求；而且优化后像控点数目大幅度减少，较大程度减少了外业工作量，缩短了项目工期，获得了较大的经济效益。

2.2 立体测图

大部分区域采用0.3 m分辨率全色立体像进行立体采集即可满足1∶2 000地形图测图精度。为提高视觉效果，方便立体判读，部分较难判别或地物较多的区域可采用0.3 m分辨率全色立体像对与1.2 m分辨率多光谱立体像对进行融合，再对融合后的影像用空三加密的结果建立立体像对，进行立体采集；但此方法较使用全色立体像对来说，影像数据量较大，采集速度也相应下降。

在立体模型上对部分的实测点进行精度检查，得到的结果如表4所示。

表4 立体实测检查点精度统计表

通过实测点对比检查，表明利用立体采集的DLG的平面与高程精度均满足1∶2 000地形图精度要求。

3 结 语

本文对于人员设备难以企及、实测与航飞困难都较大的大型水电站的测图项目，采用高分辨率的遥感立体像对进行处理，在提高精度与效率方面进行了实验与技术改进。利用0.3 m高分辨率的遥感立体像对进行空三加密，然后对全色和多波段影像进行融合，得到较好的立体视觉，提高了测图效率和精度；另外在保证1∶2 000测图精度的前提下，进行实验分析，优化像控点布设方案，能较大程度减少外业工作量，提高成图效率，从而缩短生产周期，带来一定的经济效益，具有较大的实用性与推广性。