WorldView衛星影像在公路航測數字化制圖中的應用研究

摘 要：依托于G217線莎車至塔什庫爾干公路數字測圖項目，利用高分辨率立體測繪衛星WorldView，進行滿足公路勘測需要的1：2000制圖精度和流程研究。對于豐富高分辨率衛星影像在公路勘測制圖中的應用及制圖環節探索具有參考價值。

關鍵詞：衛星影像； 空三加密； WorldView

Application of WorldView Satllite Images in Highway

Digital Survey and Mapping

Kang Miaohang

（China Railway First Survey And Design Institute.Ltd Shanxi Xian 710043）

Abstract：The research based on the 1：2000 survey and mapping project of G217 highway from Shache to Taxkorgan by WorldView satellite images. The aim is to develop the application and process of high resolution satellite images in highway digital survey and mapping.

Key words： satellite image； aerial triangulation； WorldView

1 現狀分析

隨著遙感技術的迅猛發展，衛星影像時空分辨率的不斷提高，衛星影像立體測圖逐漸成為一種高精度、高效率的勘測制圖手段，廣泛地應用于鐵路、公路、電力、冶金、城市規劃等勘測設計中。由于衛星影像覆蓋面積大、重訪周期縮短、制圖所需的外控成果少，使得衛星影像立體測圖相比于航空影像制圖，有著更高的制圖效率和實效性。特別是在困難地區以及國外勘測制圖項目中，更是逐漸發揮了重要的作用。 基于以往的衛星影像制圖研究，例如，陳卓寧、韓鎮《基于資源三號衛星影像的制圖研究》等，衛星影像制圖在1：10000，1：5000等比例尺測圖方面能夠滿足精度要求，但在對于更大比例尺，例如1：2000的公路勘測制圖精度方面研究與嘗試較少。本次研究采用的是高分辨率衛星立體測圖影像WorldView， 研究其在植被稀疏地區能否滿足精度要求更高的山區1：2000比例尺公路地形圖制圖要求。為今后的衛星影像制圖項目中起到借鑒和指導的作用。

2 研究區域及衛星影像概況

研究所依托項目為G217線莎車至塔什庫爾干公路航測數字制圖。該線位于新疆南疆喀什地區，線路里程約240.7km， 測區位于東經75°11′～77°14′；北緯37°45′～38°24′。整個測區為山地地形、海拔最高3700米、最低1500米、高差2200米，測區內植被稀少、居民地等分布零散。

針對帶狀測區，本研究所采用的衛星為WorldViewⅠ和WorldViewⅡ。WorldView系列衛星是美國DigitalGlobe公司在商用衛星領域中最高空間分辨率衛星之一，也是中比例尺、大比例尺測圖中亟需用到的衛星影像。本次采用的影像為全色黑白立體像對數據，影像空間分辨率（GSD）為0.5米，含有RPC參數文件（*.RPB）。基礎產品經過了輻射糾正及傳感器校正，為WGS84的大地坐標系統。區域內整體云量小于5%。立體像對的拍攝時間為2014年10月，六張衛星影像共構成三對立體像對，覆蓋面積約為1350平方公里。

3 試驗研究

3.1像控測量

平面坐標系統采用2000國家大地坐標，中央經線為77°，高程系統采用1985國家高程基準。像控點的布設主要依據JTG C10-2007《公路勘測規范》，GB/T 7931-2008《1：500、1：1000、1：2000地形圖航空攝影測量外業規范》，根據像對的覆蓋及重疊情況進行區域網布點，分布在影像的四周和中部，像對重疊區域應盡量保證有控制點。采用GPS靜態觀測，共布設19個控制點， 選刺目標清晰可辨，易于量測。像控點高程采用GPS水準測量方法擬合，分段擬合時要進行充分檢驗。設40個檢查點，用于空三加密及數字線劃圖（DLG）成果的精度評定，以驗證研究方案的可行性。

3.2衛星影像空三加密

衛星影像空三加密定位采用航天遠景Mapmatrix全數字攝影測量工作站完成。主要采用RPC參數+控制點的模式來進行空三加密。通過衛星影像RPC參數定位，自動匹配，量測外業點，進行改正數計算及區域網平差，完成空三加密并輸出精度報告。

3.2.1 衛星影像預處理

首先利用ERDAS軟件將16bit影像轉換為8bit影像。通過調光處理后可使影像灰度均勻、反差適中，不同時間影像間色調基本一致，能夠提高影像匹配效果。

3.2.2 自動匹配及粗差探測

內業加密點根據程序自動匹配完成，結合人工手動量測。匹配完成后，均應進行粗差探測，刪除不可靠點、精度差的點及像片邊緣的點。在RPC空三界面下進行模型連接點的量測，選擇自由網模式，先在6個標準點位置量測模型連接點，再加密其它連接點。保證每個像對有一個接邊點，兩測段接邊處至少有2-3個接邊點。

3.2.3 外業像控點量測

外控點應在立體模型上仔細準確量測，控制點量測先在平面模式下調整點位，然后再進入立體模式調整點位。由于衛星影像RPC參數的區域網平差主要校正像方偏移為主的系統誤差，因此較少的控制點即可提高空三加密精度。位置不明確，量測誤差較大的控制點應舍去。應盡量保留像對四個角點位置的控制點量測以及多度重疊區的控制點量測，如圖1所示。最終保證像點單位權中誤差在0.5個像素以內，并輸出空三成果報告。

3.3 采集編輯成圖

圖和數字地面高程模型的采集由JX4和MapMatrix全數字攝影測量工作站完成。

結合外業調繪及補測成果，采集各類要素完成。參照規范GB/T《基礎地理信息要素分類與

代碼》。在航天遠景Mapmatrix中，立體采集經過模型定向，根據影像條帶中加載的影像，按照命名規則分別進行立體像對的創建，進入FeatureOne矢量數據采集窗口。打開實時核線影像，在此平臺下完成地形圖要素采集工作。

數字地形圖及DEM的編輯工作利用AutoCAD環境下的DLGmate 圖形編輯軟件完成。參照GB/T 7930-2008《1：500、1：1000、1：2000地形圖航空攝影測量內業規范》及 GB/T 20257.1-2007《國家基本比例尺地圖圖式 第一部分： 1：500、1：1000、1：2000地形圖圖式》。按照圖式要求對采集的數據進行編輯，符號化各種線型、線寬、注記等內容，制作成數字線劃圖，如圖2所示。

4 精度檢驗

4.1空三加密精度統計

定向控制點的均方根中誤差及殘差如表1。

根據空三加密精度統計報告可得，定向控制點單位權中誤差控制在0.5個像素內，定向質量較好。

4.2地形圖制圖精度統計

根據測區地形等級，滿足公路勘測規范的1：2000地形圖的精度應符合表2規定。

注：H為基本等高距

根據實測檢查點與衛星影像繪制的地形圖相比較，40個檢查控制點的平面中誤差為1.125m，滿足1：2000公路制圖平面中誤差±1.6m范圍內。對于山嶺困難地區，等高距為兩米的情況下，檢查控制點高程中誤差為1.105m，滿足1：2000公路制圖高程中誤差±1.33m之內。因此，地形圖精度滿足1：2000公路制圖精度要求。

通過以上精度統計分析，WorldView衛星定位精度穩定，布設控制點合理的情況下，空三加密定向精度及地形圖制圖精度基本能夠達到山區1：2000公路制圖規范要求。

5 結束語

由于WorldView衛星影像軌道姿態參數——RPC參數較為準確，立體測圖所需要的外業控制點也較少。在引入一個平高控制點時，空三加密的精度已經得到很大的提升。控制點布設合理，影像質量較好且植被覆蓋較少的前提下，WorldView衛星影像立體測圖可以滿足山區1：2000公路勘測地形圖制圖精度要求。經過這些嘗試及研究，最終形成了基于WorldViewⅠ和WorldViewⅡ 的衛星遙感影像立體測圖技術流程。相比于航空攝影，利用衛星影像測圖在航攝條件困難以及像控點布設困難的地區具有明顯優越性。在鐵路、公路、電力等帶狀勘測制圖項目中能夠提高制圖效率、縮短制圖周期。此外，對于WorldView衛星影像在平原及丘陵地區1：2000地形圖制圖精度方面仍需進一步研究分析其可行性。今后隨著衛星影像分辨率的進一步提高，高分辨率衛星遙感影像測圖將進一步替代航空攝影測量，成為勘測制圖的主要手段。

參考文獻：

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作者簡介：

亢邈迒（1990.3-），男，助理工程師，畢業于香港中文大學航測遙感專業，現于中鐵第一勘察設計院集團有限公司工作。