多源衛星影像二次聯合平差技術應用

劉旺生，王佑武，李崇偉

(61243部隊，新疆烏魯木齊830006)

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多源衛星影像二次聯合平差技術應用

劉旺生，王佑武，李崇偉

(61243部隊，新疆烏魯木齊830006)

摘要：衛星遙感影像中山體陰影、云霧遮擋、雪山水體反光和攝影“漏洞”等影像缺陷嚴重影響和制約立體測圖的效率和成果精度。本論述結合項目實踐，介紹了綜合利用多源衛星影像二次聯合平差的技術方法。通過對實驗成果數據精度分析和類似工程實踐應用，此方法技術可靠，能夠有效解決此類問題。

關鍵詞：多源衛星影像；影像“漏洞”；二次聯合平差；精度

1　概述

隨著測繪信息技術的快速發展，航天遙感已步入一個能快速提供多種高分辨率對地觀測數據的新階段，衛星遙感影像正越來越多地應用于攝影測量領域[1]，是快速獲取地理空間信息的一種重要方法。由于受拍攝時間和區域的限制，衛星影像極易出現山體陰影、云霧遮擋、雪山水體反光、和其他攝影“漏洞”問題，給后續工作帶來了很大困難。通常利用已有的地形圖資料對云層覆蓋區進行補測[2]，此方法雖然可以作為一種解決問題的辦法，但兩種資料間的誤差無法控制，不能保證成果精度。為了更好的解決這一類問題，我們在某型號衛星影像區域網控制三角測量的基礎上，引進資源三號等其他衛星影像經過聯合平差進行補充作業，在實踐中取得了良好的效果。本論述以某型號衛星影像為主，“資三”等衛星影像為補充，采用多源衛星影像二次聯合平差技術作為解決影像缺陷問題的途徑。

2　數據分析

在西部某測區1:5萬地形圖測制項目中，以某型號衛星影像為基本資料，以資源三號等其它衛星影像為補充，基于統一有理多項式（RFM）成像模型理論和大范圍稀少（無）地面控制點的區域網平差方法完成空中三角測量[3]。在影像資料分析時，各景影像上都有部分區域的陰影和云雪覆蓋，形成影像“漏洞”。由于影像覆蓋范圍廣，對整體空中三角測量影響不大，但在數據采集時，局部范圍的影像“漏洞”對立體地貌測繪和影像判繪造成了較大影響，甚至導致個別區域無法作業。在現有影像數據無法滿足成圖要求的情況下，可以考慮使用其他影像資料補充“漏洞”區域，使用多種衛星影像聯合平差的方案，解決影像“漏洞”問題。

資源三號衛星搭載有1臺地面分辨率優于2.1m的正視全色CCD相機，2臺地面分辨率優于3.5m的前、后視CCD相機，可以提供優于5m地面分辨率的立體像對，可以達到1：5萬比例尺地形圖測制要求[4]，能夠滿足補充影像“漏洞”要求。雖然不同衛星影像分辨率和比例尺等參數不同，直接進行聯合平差的難度很大，但采用多源影像二次聯合平差的方法，可以建立可靠的補充影像立體模型。

3　技術方法

利用衛星影像測制地形圖的基本原理是以影像為基本測圖資料，利用衛星的軌道參數、傳感器參數等建立衛星圖像成像解析關系的數學模型，模型間選取一定數量的連接點，采用基于少量地面控制點或無地面控制點的衛星影像區域網平差技術，解算各模型正確的姿態參數，通過數學模型計算衛星影像點對應于地面點的大地坐標[5]。運用資源三號衛星影像進行“漏洞”補充，首先在原局域網模型中選擇相應的點位，平差計算后可獲得精度較高的點位坐標成果，可作為資源三號衛星影像加密控制點使用。然后將相應點轉刺到資源三號衛星影像上，與影像自身參數一起進行二次平差計算，建立資源三號衛星影像立體模型。基本流程如圖1所示。

圖1　多源衛星影像二次平差流程

3.1空中三角測量

原衛星影像空中三角測量，是以線陣立體影像為基礎，基于自定位參數（rpc）的區域網平差方法，對大區域、多軌、多重疊衛星影像進行平差處理[6]。

3.2獲取原影像加密點位圖

不同衛星影像攝影高度、時相、衛星姿態等參數都不相同，影像之間往往存在較大差異。為了得到資源三號衛星影像準確的控制點位，需要從加密后的影像中獲取加密點點位圖。可采取截取原影像的方式，獲得加密單點圖。

3.3轉刺加密點

按照獲取的加密單點圖，將每個加密點準確地轉刺到資源三號衛星影像對應的位置上。在轉刺加密點時，注意以下幾點：

一是盡量不要在云影遮擋和山體陰影區附近選點，點位應避開大面積冰雪覆蓋區域，最好選擇夏季影像。

二是點位應該選擇在山頭、線狀地物交叉口等影像特征明顯處，以提高轉刺精度。

三是要靈活確定轉刺點類型和數量。根據實驗，兩景影像重疊區域一般轉刺3個連接點就可以滿足要求，在特殊情況下，可以轉刺2個連接點，至少要有一個連接點。三景影像重疊時，原則上要有三度重疊的連接點，如圖2所示。

圖2　原影像加密點示意圖

在選擇三度重疊連接點困難的情況下，可以采取兩兩連接的方法選點。如圖3所示。

圖3　轉刺至資3影像加密點示意圖

3.4二次聯合平差計算

完成加密點轉刺后，將原衛星影像和資源三號衛星影像整理到同一個工程文件中，各自采用相應的rpc參數，進行二次聯合平差計算。

4　精度檢測

4.1檢測方法

檢測聯合平差精度可以用兩種方法。一種方法是：在不同影像建立的立體模型上分別采集同名特征點，進行坐標比對；另一種方法是：用一種影像立體模型采集地物、地貌數據，再用另一種影像立體模型檢查比較[7]。

4.2檢測結果

4.2.1同名特征點對比精度

通過對兩種影像立體模型同名特征點坐標比對，按照“基礎地理信息數字產品1：10000、1：50000生產建設規程第一部分數字線劃圖（DLG）”對加密點精度要求，平地困難地區檢查點平面中誤差應小于35m，高程中誤差應小于4m；高山地困難地區檢查點平面中誤差應小于50m，高程中誤差應小于14m[8]。檢測結果平面中誤差為7.47m；高程中誤差為3.74m，精度符合限差要求，可以滿足1：5萬地形圖成圖要求。詳細情況見表1。

4.2.2立體模型套合精度

將原衛星影像立體模型采集獲得的矢量數據，引入資源三號衛星影像立體模型做套合檢查。經量測統計，平面中誤差小于10m，高程中誤差小于4m，結果符合 “基礎地理信息數字產品 1：10000、1：50000生產建設規程第一部分數字線劃圖（DLG）”精度要求[8]。

表1　不同影像立體模型同名點坐標比對

4.2.3數據接邊精度

用兩種衛星影像構建立體模型，分別采集連接處兩側圖幅矢量數據，然后做接邊檢查。通過檢查，圖幅間相同要素接邊誤差小于18m。對于測制1：5萬地形圖來說，符合困難地區等高線接邊差小于一個基本等高距和地物接邊小于6m的要求[9]。

5　結束語

不同遙感衛星影像的二次聯合平差方法，解決了測區影像“漏洞”問題。經檢查檢測，精度能夠達到作業規范要求。本方法可以推廣應用到其他利用多源遙感衛星影像測圖項目，可以作為解決此類問題的一種有效方法。但要注意盡量使用分辨率、時相等參數相近的影像，以達到更好的效果。

參考文獻：

[1]張永生,鞏丹超,劉軍等.高分辨率遙感衛星影像應用:成像模型、處理算法及應用技術[M].北京.科學出版社,2004.

[2]符愛琴,劉榮科,孫曼.衛星影像線劃圖云區的補測方法[J].河南科技，2012(6):61-61.

[3]張力,張繼賢等.基于有理多項式模型RFM的稀少控制SPOT-5衛星影像區域網平差[J].測繪學報.2009，38(4): 302-310.

[4]周太平,熊勇.資源三號衛星影像在1:5萬地形圖更新中的應用[J].江西測繪.2013(1):9-10.

[5]劉 敏健.衛星影像在1:5萬地形圖生產中的應用[J].四川測繪，2003(1):40-42.

[6]GB/T23236-2009.數字航空攝影測量，空中三角測量規范[S].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局/中國國家標準化管理委員會，2009.

[7]GB/T17157—2012.1∶250001∶500001∶100000地形圖航空攝影測量數字化測圖規范[S].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局/中國國家標準化管理委員會，2012.

[8]CH/T1015.1-2007.基礎地理信息數字產品1：10000、1：50000生產建設規程第一部分數字線劃圖（DLG）[S].國家測繪局，2007.

[9]GB12340-90.1：250001：500001：100000地形圖航空攝影測量內業規范[S].國家技術監督局，1990.

中圖分類號：P208