基于PCI GXL與INPHO軟件在GF-7影像生產中的應用

陶蘭花，馬 靜，李娜娜，李春娥

（1.新疆維吾爾自治區測繪科學研究院，新疆 烏魯木齊 830002； 2.自然資源部中亞地理信息開發利用工程技術創新中心，新疆 烏魯木齊 830002）

基礎測繪是通過提供基礎地理信息數據，為經濟社會發展、國防基礎建設、文化教育、行政管理、科學研究等人民生產生活的諸多領域提供服務，是國民經濟與社會發展必不可少的基礎性、前期性、公益性事業[1]。隨著社會經濟的蓬勃發展和自然環境的變化，基礎測繪成果也隨之發生了巨大的變化，使其不僅具有動態變化的特點，同時對基礎測繪保障服務的時效性及精度提出了更高的要求[2]。我國測繪技術發展水平與國際先進水平仍舊存在一定的差距，表現在基礎航空攝影能力滯后，高分辨率遙感衛星數據大量依賴國外，國家和信息安全存在安全隱患，并對基礎測繪成果開發和有效利用產生了嚴重影響，難以很好地為國民經濟建設提供服務[3]。

隨著高分專項天基系統的建設，已有近80%的高分專項數據替代了進口衛星遙感數據，且高分專項數據已在二十多個行業、三十多個領域得到廣泛應用，打破了地理信息產業上游的高分辨率立體遙感影像市場大量依賴國外衛星的現狀，開啟了我國自主大比例尺航天測繪新時代[4]。其生產產品將會為國土測繪、城鄉建設、統計調查等方面發揮重要作用，為城市群發展規劃、農業農村建設提供有力保障[5-6]。

1 數據準備

1.1 研究區概況

本研究區選取1對2景GF-7立體全色影像，前視相機全色譜段星下點分辨率為0.79m，后視相機為0.64m，前后視重疊度約 90%，覆蓋面積約591km2，影像質量良好。研究區位于新疆某地區，地形以平地、山地為主，主要包含房屋建筑區、道路、水渠等人工地物，地物類型比較豐富。

1.2 控制點采集

在外業控制點的布設上，按照能接收到新疆CORS信號的范圍和道路可通達性，本著目標點明顯、便于轉刺和立體觀察的原則，使用網絡RTK（實時動態）載波相位差分技術采集了16 個控制點和 27個檢查點（共計43個），部分區域外業實測點與GF-7衛星影像不能對應，因此剔除無法轉刺到影像的外業實測點，剔除不合格外業實測點后，符合測試要求控制點數量為11個，檢查點數量為23個。正常高是通過新疆似大地精化模型（中誤差為 3.84cm）對CGCS2000大地高精化獲得。11個外業控制點作為空三加密使用數據，23個檢查點數據作為精度驗證 使用。

1.3 精度指標

實驗區DSM數據成果按照《基于地理信息數字成果1∶5000、1∶10000、1∶25000、1∶50000、 1∶100000數字高程模型》（CHT9002.2-2010）執行，精度要求見表1所示。

表1 1∶10000 DSM、DEM高程精度要求

2 數據處理流程

利用GF-7前后視立體像對衛星數據源，采用外業實測控制點進行影像糾正和建模，用PCI GXL軟件和INPHO軟件分別對衛星影像數據RPC/軌道參數模型進行優化，輸出優化后的RPC，再采用上述2種軟件自動匹配DSM，DSM制作流程見圖1。

圖1 DSM制作流程圖

2.1 PCI GXL軟件下的DSM提取

采用 PCI GXL軟件，對GF-7立體像對影像整體進行影像導入，由于PCI GXL軟件中沒有GF-7影像的模型參數，故該文選取有理函數模型（RFM），且有理函數模型考慮高程信息，比多項式和薄板樣條函數等方法更具優勢。把采集到的外業控制點轉刺到影像上，輸出優化后的模型并自動匹配連接點重新計算模型，根據殘差報告剔除超限點再次修正模型，平差完成后進行DSM自動匹配。PCI GXL軟件DSM自動匹配效果，如圖2所示。

圖2 PCI軟件DSM匹配效果圖

2.2 INPHO軟件下的DSM提取

在INPHO軟件的MATCH-AT衛星三角測量模塊新建工程，輸入工程名稱、保存路徑、定義投影、導入影像及控制點文件、輸入研究區平均高程、建立場景及區塊等。對GF-7立體像對影像進行自動連接點提取[7]，在立體環境下進行空三加密像控點數據，平差計算生成模型、精化RPC參數，平差結果分析完成后，自動匹配生成DSM產品。INPHO軟件DSM自動匹配效果，如圖3所示。

圖3 INPHO軟件DSM匹配效果圖

3 結果與分析

3.1 基于不同軟件的平地DSM精度比較分析

通過使用以上兩種軟件分別進行平地DSM產品制作，可以看出INPHO軟件較PCI GXL軟件精度較高。INPHO軟件中誤差 0.655m，最大偏移值1.153m，最小偏移值0.015m；PCI軟件中誤差 1.025m，最大偏移值1.571m，最小偏移值-0.103m，如表2 所示。

表2 不同軟件平原DSM精度比較

依據不同軟件匹配生成的DSM所提取各檢查點內業量測值與外業實測值相當，差值大部分在1m以內。其中INPHO軟件內業量測值中有14個檢查點的差值比PCI軟件內業量測值更接近外業實測值，除了一個檢查點差值大于1m，其余14個點差值均小于1m，中誤差 0.655m，已達到了平地1∶10 000數字高程模型三級指標的要求，如圖4、5所示。

圖4 不同軟件內業量測值比較圖

3.2 基于不同軟件的山地DSM精度比較分析

通過使用不同軟件進行山地DSM產品制作，可以看出采用INPHO軟件較PCI GXL軟件精度較高。INPHO軟件中誤差 1.201m，最大偏移值2.11m，最小偏移值-0.096m；PCI軟件中誤差 1.461m，最大偏移值3.077m，最小偏移值-0.355m，如表3所示。

表3 不同軟件DSM精度比較

依據不同軟件匹配生成的DSM所提取各檢查點內業量測值與外業實測值相當，差值大部分控制在2.5m以內，且中誤差均小于2.5m，已達到了山地區域

圖5 不同軟件內業量測值與外業實測值差值圖

4 結 語

圍繞GF-7影像在平地及山地區域1∶10 000比例尺的相關高程基準產品精度分析出發，以網絡RTK實測數據和正常高精化數據為基礎，針對生產的DSM進行精度評定和分析。在采用足夠控制條件下，改正后GF-7立體影像可達到較高的幾何精度水平，滿足1∶10 000比例尺的立體測圖精度要求。

主要結論有以下幾點：

1）通過使用不同軟件進行平地DSM產品制作，可以看出采用INPHO軟件較PCI GXL軟件精度較高。采用INPHO軟件的成果中誤差是 0.655m，采用PCI軟件的成果中誤差是 1.025m，說明只有INPHO軟1∶10 000數字高程模型一級指標的要求。其中INPHO軟件數值線與外業實測值折線更加吻合，每個檢查點的內業量測值比PCI軟件內業量測值更接近外業實測值，并且僅有1個檢查點差值大于2m，如圖6、7所示。件得到的自動匹配DSM精度已達到了平地1∶10 000數字高程模型二級指標的要求。

圖7 不同軟件內業量測值與外業實測值差值圖

2）在山地區域，可以看出采用INPHO軟件比PCI GXL軟件精度稍高。采用INPHO軟件的成果中誤差是 1.201m，采用PCI軟件的成果中誤差是 1.461m，說明兩套軟件制作的自動匹配DSM產品均達到了山地區域1∶10 000數字高程模型一級指標的要求。

3）PCI GXL和INPHO軟件在制作生產數字表面模型方面各有其特點。INPHO軟件可以在立體環境下進行控制點采集，精度更高，但處理速度較PCI GXL慢； PCI GXL在滿足精度的前提下，處理速度較快、人工干預度低，工作效率高，可實現大批量數據處理。