各種衛星影像數據在鐵路勘測中的應用

蔣　勇

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

計算機技術、航天技術的高速發展為地理信息科學搭建了可靠的技術平臺，高分辨率光學衛星成像系統正越來越多的應用于遙感和攝影測量領域，同時也給鐵路勘測設計提供了嶄新的遙感信息平臺。這類成像系統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。衛星影像數據具有覆蓋面積廣、更新時間快等特點，經過相關技術處理，完全可以成為鐵路勘測設計可以依賴的數據保證，也是快速獲取大比例尺現勢性地理信息，進行新一代快速測圖新方法的有力技術支撐。

1　常用衛星影像數據參數介紹

Google Earth數據集成了世界上幾乎所有的中高分辨率衛星數據及部分較低分辨率衛星數據，可以方便地瀏覽或查詢全球地貌影像等相關信息。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、著名風景區、建筑物區域或其他所關注地區會提供分辨率為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很多(幾乎所有大城市都有)。常用衛星影像數據參數如表1所示。

表1　常用衛星影像數據參數

2　各種數據在鐵路勘測中應用

衛星影像測圖主要應用于國內航空攝影困難地區，以及基礎地理信息數據獲取困難的國外鐵路勘測設計規劃階段和初測階段1∶50 000～1∶2 000地形圖測繪，現就各種數據在鐵路勘測中的應用情況介紹如下。

2.1　Google免費數據

(1)數據情況

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

(2)數據精度情況

Google Earth免費數據平面精度大致在20 m左右，高程精度地區不同差別較大，平坦地區可達2 m甚至更高，高山區則可能達到50～60 m，一般情況下可以制作1∶50 000～1∶100 000地形圖，滿足規劃使用。

(3)數據獲取周期

該類數據可以免費下載，下載的速度受數據量大小和網速的影響，一般情況下，100 km的線路每側下載10 km寬度的數據需要大約2 d時間。

(4)制圖周期

利用Google earth免費數據制作1∶50 000地形圖不需要出外業，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付費數據

3.1　數據情況

REF 3D數據是法國SPOT公司利用SPOT5衛星立體數據生產的中間數據產品DEM+DOM，其中DEM分辨率為20 m，DOM分辨率為2.5 m。目前全球60%以上地區均已覆蓋。

3.2　數據精度情況

REF 3D數據產品包括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　數據獲取周期

國內訂購SPOT5衛星數據產品下單后需要法國政府相關部門批準，根據經驗一般都沒有問題，而且批準時間在2 d左右，批準后開始生產，正常情況下7～10 d內可以下載。

3.4　制圖周期

利用REF 3D數據產品測繪1∶25 000地形圖不需要出外業，等高線由DEM構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　中分辨率衛星數據

4.1　數據情況

印度的IRS-P5在中國境內有大量存檔立體數據，境外基本沒有，都需要現編程拍攝。

日本的ALOS衛星已經退役，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據。

國產資源3號測繪衛星數據能夠開展立體測繪工作，但是商用模式目前沒有完全明確，數據獲取流程復雜，目前沒有成功經驗。

4.2　數據精度情況

IRS-P5獨立像對直接利用RPC參數，定向精度為70～80 m，但是進行外業控制測量后進行立體測圖，其成圖精度平面、高程都能達到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衛星立體影像制圖精度稍低于P5衛星數據，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　數據獲取周期

IRS-P5衛星境外立體像對存檔數據訂購后在2周內可以進行下載，境內的3 d可以下載，沒有存檔數據區域編程拍攝周期為2個月，但是編程拍攝的時間不能確保。

日本的ALOS衛星立體影像存檔數據訂購后一周內可以下載使用。

4.4　制圖周期

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

(1)存檔數據訂購：15 d；

(2)外控測量：7 d；

(3)內業制圖：10 d；

(4)進出場+準備時間：7 d；

(5)總工期：39 d；

(6)國內項目：20 d。

5　高分辨率衛星數據

5.1　數據情況

高分辨率衛星立體影像全球范圍內存檔數據非常少，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　數據精度情況

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

表3　高分辨率衛星影像測繪1∶2 000地圖形精度

5.3　數據獲取周期

主要看衛星公司根據當地天氣情況進行評估給出的天數，周期一般為2個月左右。但是衛星公司不保證到時一定能完成拍攝并提交影像數據，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，用戶只能選擇繼續等待或者撤單。所以，訂購高分辨率衛星影像存在很大的工期風險。

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線路長度每側制500 m寬的1∶2 000制圖，一般在拿到數據后40 d左右。

6　結論

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

表4　衛星數據適用的制圖比例尺及勘測階段對應情況

利用商用衛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的情況下作為一種必要的補充手段。但隨著衛星遙感技術的不斷發展，衛星影像正朝著高效率、高精度方向發展，將為鐵路航測制圖提供種類更多、精度和時效性更高的數據源，滿足鐵路勘測設計各階段航測制圖的需求。

[1]TB10050—97 新建鐵路攝影測量規范[S]

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