各種衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)在鐵路勘測中的應(yīng)用

蔣　勇

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司測繪工程設(shè)計研究院， 四川成都　610031)

計算機技術(shù)、航天技術(shù)的高速發(fā)展為地理信息科學(xué)搭建了可靠的技術(shù)平臺，高分辨率光學(xué)衛(wèi)星成像系統(tǒng)正越來越多的應(yīng)用于遙感和攝影測量領(lǐng)域，同時也給鐵路勘測設(shè)計提供了嶄新的遙感信息平臺。這類成像系統(tǒng)不僅能夠提供高分辨率的全色、多光譜影像，而且具有立體成像功能。衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)具有覆蓋面積廣、更新時間快等特點，經(jīng)過相關(guān)技術(shù)處理，完全可以成為鐵路勘測設(shè)計可以依賴的數(shù)據(jù)保證，也是快速獲取大比例尺現(xiàn)勢性地理信息，進行新一代快速測圖新方法的有力技術(shù)支撐。

1　常用衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)參數(shù)介紹

Google Earth數(shù)據(jù)集成了世界上幾乎所有的中高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)及部分較低分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，可以方便地瀏覽或查詢?nèi)虻孛灿跋竦认嚓P(guān)信息。Google Earth上全球地貌影像的有效分辨率至少為100 m，通常為30 m，視角海拔高度(Eye alt)為15 km左右。針對大城市、著名風(fēng)景區(qū)、建筑物區(qū)域或其他所關(guān)注地區(qū)會提供分辨率為1 m和0.5 m左右的高精度影像，視角高度(Eye alt)分別約為500 m和350 m。目前提供高精度影像的城市多集中在北美和歐洲，其他地區(qū)往往是首都或極重要城市才提供。中國大陸有高精度影像的地區(qū)很多(幾乎所有大城市都有)。常用衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)參數(shù)如表1所示。

表1　常用衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)參數(shù)

2　各種數(shù)據(jù)在鐵路勘測中應(yīng)用

衛(wèi)星影像測圖主要應(yīng)用于國內(nèi)航空攝影困難地區(qū)，以及基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)獲取困難的國外鐵路勘測設(shè)計規(guī)劃階段和初測階段1∶50 000～1∶2 000地形圖測繪，現(xiàn)就各種數(shù)據(jù)在鐵路勘測中的應(yīng)用情況介紹如下。

2.1　Google免費數(shù)據(jù)

(1)數(shù)據(jù)情況

Google Earth(MAP)免費數(shù)據(jù)包括描繪地貌的格網(wǎng)間隔為90 m的DEM數(shù)據(jù)和描繪地物(房屋、道路、河流)的0.5～25 m分辨率影像數(shù)據(jù)。

(2)數(shù)據(jù)精度情況

Google Earth免費數(shù)據(jù)平面精度大致在20 m左右，高程精度地區(qū)不同差別較大，平坦地區(qū)可達(dá)2 m甚至更高，高山區(qū)則可能達(dá)到50～60 m，一般情況下可以制作1∶50 000～1∶100 000地形圖，滿足規(guī)劃使用。

(3)數(shù)據(jù)獲取周期

該類數(shù)據(jù)可以免費下載，下載的速度受數(shù)據(jù)量大小和網(wǎng)速的影響，一般情況下，100 km的線路每側(cè)下載10 km寬度的數(shù)據(jù)需要大約2 d時間。

(4)制圖周期

利用Google earth免費數(shù)據(jù)制作1∶50 000地形圖不需要出外業(yè)，效率較高，制作100 km長、20 km寬的地形圖工期需要3 d。

3　REF 3D付費數(shù)據(jù)

3.1　數(shù)據(jù)情況

REF 3D數(shù)據(jù)是法國SPOT公司利用SPOT5衛(wèi)星立體數(shù)據(jù)生產(chǎn)的中間數(shù)據(jù)產(chǎn)品DEM+DOM，其中DEM分辨率為20 m，DOM分辨率為2.5 m。目前全球60%以上地區(qū)均已覆蓋。

3.2　數(shù)據(jù)精度情況

REF 3D數(shù)據(jù)產(chǎn)品包括DEM和DOM，DOM的分辨率為2.5 m、平面精度為10～15 m，DEM高程精度約在5～10 m的范圍，精度低于1∶10 000比例尺地形圖的精度，適合測繪1∶25 000地形圖。

3.3　數(shù)據(jù)獲取周期

國內(nèi)訂購SPOT5衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品下單后需要法國政府相關(guān)部門批準(zhǔn)，根據(jù)經(jīng)驗一般都沒有問題，而且批準(zhǔn)時間在2 d左右，批準(zhǔn)后開始生產(chǎn)，正常情況下7～10 d內(nèi)可以下載。

3.4　制圖周期

利用REF 3D數(shù)據(jù)產(chǎn)品測繪1∶25 000地形圖不需要出外業(yè)，等高線由DEM構(gòu)TIN生成，地物由DOM進行矢量化，效率較高，制作100 km2的地形圖需要2 d。

4　中分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)

4.1　數(shù)據(jù)情況

印度的IRS-P5在中國境內(nèi)有大量存檔立體數(shù)據(jù)，境外基本沒有，都需要現(xiàn)編程拍攝。

日本的ALOS衛(wèi)星已經(jīng)退役，但是其存檔的立體像對的全球覆蓋率較大，在65%左右，可以作為一個補充數(shù)據(jù)。

國產(chǎn)資源3號測繪衛(wèi)星數(shù)據(jù)能夠開展立體測繪工作，但是商用模式目前沒有完全明確，數(shù)據(jù)獲取流程復(fù)雜，目前沒有成功經(jīng)驗。

4.2　數(shù)據(jù)精度情況

IRS-P5獨立像對直接利用RPC參數(shù)，定向精度為70～80 m，但是進行外業(yè)控制測量后進行立體測圖，其成圖精度平面、高程都能達(dá)到1∶10 000地形圖精度。成圖精度如表2所示。

表2　IRS-P5成圖精度

ALOS衛(wèi)星立體影像制圖精度稍低于P5衛(wèi)星數(shù)據(jù)，但是外控后立體測圖精度基本能滿足1∶10 000地形圖要求。

4.3　數(shù)據(jù)獲取周期

IRS-P5衛(wèi)星境外立體像對存檔數(shù)據(jù)訂購后在2周內(nèi)可以進行下載，境內(nèi)的3 d可以下載，沒有存檔數(shù)據(jù)區(qū)域編程拍攝周期為2個月，但是編程拍攝的時間不能確保。

日本的ALOS衛(wèi)星立體影像存檔數(shù)據(jù)訂購后一周內(nèi)可以下載使用。

4.4　制圖周期

境外項目按100 km線路計(每側(cè)5 km)，利用IRS-P5和ALOS衛(wèi)星立體影像制1∶10000地形圖，工期估計如下。

(1)存檔數(shù)據(jù)訂購：15 d；

(2)外控測量：7 d；

(3)內(nèi)業(yè)制圖：10 d；

(4)進出場+準(zhǔn)備時間：7 d；

(5)總工期：39 d；

(6)國內(nèi)項目：20 d。

5　高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)

5.1　數(shù)據(jù)情況

高分辨率衛(wèi)星立體影像全球范圍內(nèi)存檔數(shù)據(jù)非常少，只有少量訂購過的立體有存檔，因此基本上要靠編程拍攝。

5.2　數(shù)據(jù)精度情況

高分辨率衛(wèi)星影像分辨率0.5 m，通過外業(yè)控制測量后進行立體測圖，成圖精度基本可以達(dá)到1∶2 000地形圖要求(I級地形達(dá)不到規(guī)范要求)，可以測繪1∶5 000～1∶2 000地形圖。采用高分辨率衛(wèi)星影像測繪1∶2 000地形圖精度情況如表3所示。

表3　高分辨率衛(wèi)星影像測繪1∶2 000地圖形精度

5.3　數(shù)據(jù)獲取周期

主要看衛(wèi)星公司根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖馇闆r進行評估給出的天數(shù)，周期一般為2個月左右。但是衛(wèi)星公司不保證到時一定能完成拍攝并提交影像數(shù)據(jù)，到時拍攝不下來，或者拍攝的影像云影太多或太模糊不能使用的，用戶只能選擇繼續(xù)等待或者撤單。所以，訂購高分辨率衛(wèi)星影像存在很大的工期風(fēng)險。

5.4　制圖周期

由于訂購后不能保證立體影像到期能夠拍攝下來，每100 km線路長度每側(cè)制500 m寬的1∶2 000制圖，一般在拿到數(shù)據(jù)后40 d左右。

6　結(jié)論

衛(wèi)星影像分辨率是決定成圖精度的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，從而決定了測圖比例尺大小以及對鐵路勘測設(shè)計哪個階段適用，具體情況如表4所示。

表4　衛(wèi)星數(shù)據(jù)適用的制圖比例尺及勘測階段對應(yīng)情況

利用商用衛(wèi)星影像進行航測制圖，不失為一種快捷和實用好方法，雖然目前只能在地理條件極其困難、航空攝影測量難以實現(xiàn)的情況下作為一種必要的補充手段。但隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星影像正朝著高效率、高精度方向發(fā)展，將為鐵路航測制圖提供種類更多、精度和時效性更高的數(shù)據(jù)源，滿足鐵路勘測設(shè)計各階段航測制圖的需求。

[1]TB10050—97 新建鐵路攝影測量規(guī)范[S]

[2]熊亮.衛(wèi)星影像制圖在鐵路勘測設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].鐵道勘察，2009(6)

[3]謝偉.Google Earth等免費數(shù)據(jù)源在鐵路勘測設(shè)計中的應(yīng)用[J].鐵道勘察，2009(2)

[4]河南省測繪工程院，等.衛(wèi)星遙感影像在1∶1萬比例尺基礎(chǔ)測繪中的應(yīng)用[J].城市勘察，2010(6)

[5]陳杰.衛(wèi)星影像在國家中小比例尺測繪工程中的應(yīng)用研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2010