PixelGrid在数字高程模型生产中的应用

张立刚

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

0 引 言

近年来，随着新型基础测绘的转型升级与信息化测绘体系建设的不断深入，测绘地理信息数据获取能力不断提升，天空地一体化数据获取体系不断完善。目前，卫星遥感影像以其“信息丰富、现实性强、获取周期短、价格相对低廉”的优点，在测绘地理信息数据生产中得到了越来越多的应用，尤其在无人测区、边境测区等航空摄影无法实现地区，以卫星遥感影像为支撑的3S技术集成得到广泛的应用与发展[1]。

基于卫星遥感影像生产数字高程模型是测绘地理信息4D产品生产的重要手段。数字地面模型(Digital Terrain Model，DTM)最初由美国麻省理工学院Miller教授于1956年提出的，是地形表面形态等多种信息的一个数字表示。数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)是DTM的一个子集，表示地形分量，是对地球表面地形、地貌的一种离散的数字表示[2]。

1 PixelGrid软件简介

PixelGrid软件是中国测绘科学研究院研制的一款多源航空航天遥感数据集群分布式高效能处理系统，PixelGrid软件以先进的摄影测量算法和交互友好的操作界面为基础，实现了数据处理的通用化和自动化。该系统在西部测图工程、地理国情监测、全球地理信息资源建设与维护更新等国家重大工程和应急测绘保障等方面实现了应用[3]。该方法基于PixelGrid软件高分辨率卫星影像数据处理模块(SAT)进行影像配准，PixelGrid-SAT模块主要用于多源光学遥感影像从数据预处理、区域网平差到1:1万、1:2.5万、1:5万等多比例尺4D产品(DLG、DEM/DSM、DOM等)数据处理与产品制作任务。

2 关键技术

2.1 有理多项式系数

目前卫星遥感影像通用TIF影像+RPC文件，有理多项式系数(Rational Polynomial Coefficients，RPC)是在严格几何模型受卫星传感器参数保密的限制条件下提出的一种与传感器无关的通用型成像几何模型，数学模型形式简单、计算速度快，是目前高分辨率卫星遥感影像处理最行之有效的模型。RPC是一种能够获得与严格几何模型近似一致精度的拟合模型(严格几何模型是指通过平台载荷测量的平台运行轨迹参数、姿态参数、传感器安装参数及传感器内部几何参数等构建的像-地关系几何模型)，RPC参数误差主要来源于两个方面：(1)是卫星参数不可避免地存在不同性质的误差，其拟合模型RPC也就存在着相应误差；(2)是其定向精度与地面控制点精度、分布和数量及实际地形有关[2,4]。文章所应用的方法重点针对某些困难区域产生的影像上下视差过大等问题。

2.2 数字高程模型匹配

DEM的生产包括原始影像数据格式转换、模型定向及生成核线影像、影像匹配及DEM生成等步骤。DEM的建立是根据影像匹配的视差数据、定向元素及用于建立DEM的参数等，将匹配后的视差格网投影与地面坐标系，生成不规则的格网；然后进行插值等计算处理，建立规则(矩形)格网的DEM模型[2]。可见，原始影像地形及质量、RPC模型参数、模型定向精度等均会对DEM匹配质量产生影响。

3 技术路线

针对影像上下视差过大导致无法实现影像匹配生成DEM的问题，文章提出了基于PixelGrid的SAT模块进行RPC参数重新计算以用于DEM匹配的技术路线。如图1所示。

图1 技术流程

其中，根据项目技术要求，DEM间隔为5.0m，因此仅选择前、后视影像参与匹配即可。影像格式增强及预处理主要生成转换后的影像文件(*.raw)、相应raw影像的RPC参数(*.raw.rpc)及影像像素参数值文件(*.raw.spt)。新建工程参数包括影像导入及航带设置(一个像对一个航带)、工程目录设置，平面坐标、投影带号、坐标基准等设置，平均高程、DEM间隔、DOM地面分辨率等设置。平差计算采用“RPC参数+二维仿射变换”的定向方法，根据设计要求，定向中误差结果不得>1个像素。输出计算后的RPC替换原始RPC后利用检查点进行立体精度检测，满足要求后即可进行DEM匹配等后续操作。

4 基于ZY3影像试验

4.1 数据概况

文章选取1景国产资源三号01星三线阵立体像对为试验样本，其前、后视影像视差过大，无法形成立体像对。资源三号01星(ZY301)于2012年成功发射，是我国首颗民用高分辨率1:10000立体测图卫星，卫星有效载荷参数如表1所示。

表1 有效载荷参数

4.2 结果分析

通过该方法处理后，平差计算后定向中误差为±0.14m，满足定向要求。同时，为开展立体精度检测，文章选取了另外其他10个控制点作为检查点，导入Inpho立体环境下进行检查点采集及坐标输出。

立体精度检测中误差计算公式为：

(1)

式中：M为中误差；n为检测点数；△i为较差，坐标保留两位小数。精度检测报告如表2所示。通过表2可知，精度检测平面中误差为±0.80m，高程中误差为0.14m，满足定向要求即计算后RPC参数满足精度，最终可进行DEM匹配等后续操作。

表2 精度检测报告

续表2 精度检测报告

5 结 语

文章介绍了一种基于PixelGrid-SAT模块进行高分辨率卫星遥感影像“立体像对”数据处理的技术方法。有效弥补了海量影像分布式处理条件下个别影像RPC定向精度较差的限制。PixelGrid-SAT模块数据处理主要有以下两个方面优势：(1)支持目前主流的光学遥感影像，包括QuickBird、WorldView-I/II、IKONOS、GeoEye-I/II、SPOT1-4、SPOT-5 HRS/HRG、SPOT6/7、Pleiades、IRS-P5、OrbView、ALOS/PRISM、RapidEye、CBERS-02、天绘一号卫星、资源三号卫星、高分一号卫星等等。(2)SAT模块界面友好、操作便捷、易于上手，但本方法中的连接点及控制点量测需在立体环境下进行采集与修测，这对作业员的人工立体观测能力有一定要求。