高分辨率衛(wèi)星影像在西煤東運(yùn)重大項(xiàng)目中的應(yīng)用

嚴(yán)海英，劉 濤

（新疆第二測繪院，新疆烏魯木齊 830002）

高分辨率衛(wèi)星影像在西煤東運(yùn)重大項(xiàng)目中的應(yīng)用

嚴(yán)海英，劉 濤

（新疆第二測繪院，新疆烏魯木齊 830002）

簡要介紹了利用高分辨率衛(wèi)星影像 GeoEye-1的特點(diǎn)針對新疆邊境不能實(shí)施航空攝影的特殊地帶，提出一套利用最少控制點(diǎn)可滿足基礎(chǔ)測繪要求的技術(shù)實(shí)施方案。

高分辨率衛(wèi)星影像；GeoEye-1；西煤東運(yùn)；實(shí)施方案

近年來我國東部地區(qū)煤炭資源日漸枯竭，國家提出“西煤東運(yùn)”發(fā)展戰(zhàn)略，素有新疆“東大門”之稱的哈密地區(qū)目前已成為我國“西煤東運(yùn)”戰(zhàn)略的重要資源開發(fā)區(qū)，并將建成億噸級煤炭生產(chǎn)基地。哈密地區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)最東端，地跨天山南北。東部、東南部與甘肅省酒泉地區(qū)肅北縣、安西縣、敦煌市為鄰；南接巴音郭楞蒙古自治州若羌縣；西部、西南部與昌吉回族自治州木壘縣、吐魯番地區(qū)鄯善縣毗鄰；北部、東北部與蒙古國接壤，有長達(dá) 586.663 km的國界線 (見圖 1)。為加快新疆煤炭資源開發(fā)、實(shí)施西煤東運(yùn)戰(zhàn)略，經(jīng)自治區(qū)發(fā)展和改革委員會批準(zhǔn)，開展哈密地區(qū)煤炭基地基礎(chǔ)測繪為西煤東運(yùn)中前期性、基礎(chǔ)性的重要保障服務(wù)。目前西煤東運(yùn)煤炭基地基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)總面積約為25000km2。由于三塘湖煤田靠近蒙古國邊境地區(qū)無法進(jìn)行航攝，購買了GeoEye-1立體衛(wèi)星數(shù)據(jù)，面積約為3 900 km2。

圖1 哈密地區(qū)在新疆的位置

1 GeoEye-1影像特點(diǎn)

GeoEye-1發(fā)射于2008年9月，其影像特點(diǎn)為：

1）史無前例的分辨率：全色影像分辨率 0.41 m，多光譜影像分辨率1.65m，定位精度達(dá)到3m;

2)大規(guī)模測圖能力：每天采集近70萬km2的全色影像數(shù)據(jù)或近35萬km2的全色融合影像數(shù)據(jù);

3)重訪周期短：3天（或更短）時(shí)間內(nèi)重返地球任一點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)觀測。

GeoEye-1衛(wèi)星提供地圖投影與核線投影2種產(chǎn)品類型。GeoEye-1秉承IKONOS衛(wèi)星的定位原理與方法，只提供了有理函數(shù)模型（RationalFunctionModel-RFM）所使用的有理多項(xiàng)式系數(shù)（RationalPolynomialCoefficients-RPC），并不提供其物理模型參數(shù)。因此，我們一般采用有理函數(shù)模型對GeoEye-1數(shù)據(jù)進(jìn)行攝影測量處理。RFM是RationalFunctionModel的縮寫，它是一種普遍適用的恢復(fù)遙感影像成像幾何關(guān)系的模型，它通過有理函數(shù)多項(xiàng)式比值函數(shù)把一個(gè)三維空間的對象映射為二維影像空間的像素。RFM可以描述像點(diǎn)坐標(biāo)與其對應(yīng)的地面點(diǎn)坐標(biāo)之間的變換關(guān)系，那么我們就可以利用左右影像的RFM解算出同名像點(diǎn)的地面坐標(biāo)；反之，使用RFM也可由地面目標(biāo)的三維坐標(biāo)計(jì)算出立體影像上的像點(diǎn)位置，這就是RFM立體模型的構(gòu)建原理。

通常隨GeoEye-1遙感影像分發(fā)RPC參數(shù)，是采用衛(wèi)星星歷及姿態(tài)數(shù)據(jù)，利用嚴(yán)格的傳感器模型計(jì)算得到的，在計(jì)算過程中并沒有用到地面控制點(diǎn)。RFM所能達(dá)到的精度完全依賴于星歷參數(shù)及姿態(tài)數(shù)據(jù)的測量精度，而這些數(shù)據(jù)的精度主要由星載 GPS、恒星跟蹤器及陀螺系統(tǒng)的儀器精度所決定。在實(shí)際應(yīng)用中，為了進(jìn)一步提高FRM的精度，一般需要再使用地面控制點(diǎn)來精化FRM。

2 GeoEye-1在西煤東運(yùn)中的應(yīng)用

通過對利用高分辨率Geoeye-1立體衛(wèi)星影像測制新疆西煤東運(yùn)基礎(chǔ)測繪1:10000地形圖的定向精度及特點(diǎn)進(jìn)行分析，針對新疆邊境不能實(shí)施航空攝影的特殊地帶，提出一套利用最少控制點(diǎn)可滿足基礎(chǔ)測繪要求的技術(shù)實(shí)施方案。

衛(wèi)星影像覆蓋范圍位于天山山脈東段北麓三塘湖盆地，“二百四十里戈壁”區(qū)域，北與蒙古人民共和國接壤。地形狀況：最高高程約為 2 800 m，最低約為500 m，相對高差為2 200 m，大部分地區(qū)平均高程為800m。南、北高，中部低，由西北向東南傾斜。北部和南部多為丘陵地、山地，中部多為平地。

Geoeye-1立體衛(wèi)星影像覆蓋三塘湖煤田3925 km2計(jì)157幅，本測區(qū)共用112景，構(gòu)建模型數(shù)56個(gè) (見圖2)。

圖2 Geoeye-1立體衛(wèi)星影像覆蓋范圍

2.1 控制點(diǎn)布設(shè)

外業(yè)實(shí)測像控點(diǎn) 109個(gè)，布點(diǎn)原則為：一般在每景四周布設(shè)控制點(diǎn)，盡量在影像四個(gè)角，盡可能布設(shè)在靠近高山、沙漠等特殊地貌或國界的地方；景與景之間在連接重疊處要有2個(gè)以上公用點(diǎn)。

圖3 控制點(diǎn)分布

2.2 空中三角測量

選取加密一區(qū)作為整個(gè)測區(qū)的試驗(yàn)區(qū)（見圖 4），該區(qū)域包含6對12景GeoEye-1衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，覆蓋1: 10 000圖幅27幅，約675 km2；區(qū)域地形以平地、丘陵地為主；采用PixelGrid進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差。

試驗(yàn)區(qū)共布設(shè)像控點(diǎn)21個(gè)。采用無控制、一個(gè)點(diǎn)、多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行平差計(jì)算。另外，還實(shí)地測設(shè)了 131個(gè)圖根碎布點(diǎn)，作為平差結(jié)束后的高程精度檢測數(shù)據(jù)。

圖4 試驗(yàn)區(qū)

3 精度分析與結(jié)論

1）無控制平差計(jì)算，主要利用衛(wèi)星影像自身的*.rpc參數(shù)數(shù)據(jù)，將試驗(yàn)區(qū)內(nèi) 21個(gè)像控點(diǎn)都作為檢查點(diǎn)，驗(yàn)證其在無控制點(diǎn)的情況下，GeoEye-1衛(wèi)星影像的定位精度。平面精度已完全滿足規(guī)范要求，但高程精度誤差很大。

2）一個(gè)點(diǎn)的平差計(jì)算，選取作業(yè)區(qū)角上、邊上、中間任意一處，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，有一個(gè)點(diǎn)參與的情況下，高程精度較無控制有明顯提高。高程精度已能達(dá)到丘陵地、山地的要求。

3）多個(gè)點(diǎn)的平差計(jì)算中，擬訂了,4個(gè)點(diǎn)、6個(gè)點(diǎn)、四角及轉(zhuǎn)折處、周邊布點(diǎn)、所有點(diǎn)5種布點(diǎn)方案。其中，4個(gè)點(diǎn)、6個(gè)點(diǎn)的精度與一個(gè)點(diǎn)比較，精度沒有明顯提高和改變。而四角及轉(zhuǎn)折處布點(diǎn)，其精度結(jié)果已能達(dá)到平坦地區(qū)要求。在點(diǎn)數(shù)增多的情況下，周邊布點(diǎn)、所有點(diǎn)布點(diǎn)，其精度與四角及轉(zhuǎn)折處布點(diǎn)結(jié)果相同,精度沒有很大提高。

[1]GB/T 13990-92中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)1∶5000、1∶10000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范[S].

[2] 劉斌,聞輝.利用高分辨率遙感影像進(jìn)行國界勘測的應(yīng)用研究.測繪技術(shù)裝備[J].2009:⑶14-15

[3] 劉軍,張永生.基于RPC模型的高分辨率衛(wèi)星影像精確定位[J].測繪學(xué)報(bào);2006:⑴34-38

[4] 宣文玲.以中小比例尺地形圖為基準(zhǔn)的高分辨率遙感影像定位方法研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2005

[5] 嚴(yán)海英.利用IKONOS衛(wèi)星影像測制新疆邊境1∶10000比例尺地形圖[J].測繪與空間地理信息，2008⑵：41-43

Application of the High-resolution Satellite Images in the West-east Coal Conveyance Project

by YAN Haiying

Focus on the difficulities of the aerial photography in Xinjiang autonomous regions border special aera,this artical firstly briefly introduced the using of the highresolution GeoEye-1 satellite image's character,then a technology implementation program which using a minimum control points as well as meeting the basical mapping requirements was proposed.

high-resolution satellite images，GeoEye-1，west-east coal conveyance，implementation program （Page:19）

P237

B

1672-4623(2011)02-0019-02

2011-02-21

嚴(yán)海英，高級工程師，主要從事3S技術(shù)和應(yīng)用。