GeoEye-I衛(wèi)星影像制圖在鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

代強(qiáng)玲 王 智 閔世平

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

GeoEye-I衛(wèi)星影像制圖在鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

代強(qiáng)玲 王 智 閔世平

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

衛(wèi)星遙感影像測(cè)圖技術(shù)在鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)制圖中的應(yīng)用日益廣泛，諸如P5、QUICKBIRD等衛(wèi)星影像均已應(yīng)用于鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)不同時(shí)期的制圖工作，并取得良好效果。針對(duì)更高分辨率衛(wèi)星影像—0.41 m GeoEye-I衛(wèi)星影像，從其立體定位模型-RPC模型出發(fā)，探討GeoEye-I立體衛(wèi)星影像進(jìn)行鐵路1∶2 000制圖的可行性，通過不同控制點(diǎn)方案下的系列立體定位試驗(yàn)和精度對(duì)比分析，證明其測(cè)圖精度可以基本滿足鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)1∶2 000制圖要求，可以用于航攝困難地區(qū)1∶2 000測(cè)圖工作。

高分辨率衛(wèi)星影像 GeoEye-I 測(cè)圖 鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)

GeoEye-1衛(wèi)星是2008年9月美國GeoEye公司發(fā)射的一顆分辨率極高的商業(yè)對(duì)地成像衛(wèi)星，能提供全色0.41 m分辨率和多譜段1.65 m分辨率的高分辨率影像，可以更好地滿足鐵路勘察設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃管理等領(lǐng)域的需求。為探尋該衛(wèi)星數(shù)據(jù)用于鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)1∶2 000地形圖制圖工作中的可行性，針對(duì)該衛(wèi)星影像立體像對(duì)，開展了定向和測(cè)圖研究，完成了立體影像定位試驗(yàn)和測(cè)圖生產(chǎn)。

1 GeoEye-I立體影像定位原理

1.1 RPC模型

有理函數(shù)模型(RPC模型)是使用兩組不同的多項(xiàng)式函數(shù)，分別計(jì)算從地面坐標(biāo)到影像的行列坐標(biāo)。對(duì)于一個(gè)影像，定義如下比值多項(xiàng)式[1]

(1)

式中，P1、P2、P3、P4是三次多項(xiàng)式函數(shù)。(rn,cn)、(Xn,Yn,Zn)分別為像點(diǎn)坐標(biāo)(r,c)、地面點(diǎn)坐標(biāo)(X,Y,Z)經(jīng)過平移和縮放后的標(biāo)準(zhǔn)化坐標(biāo)

(2)

其中，X0、Xs、Y0、Ys、Z0、Zs為地面坐標(biāo)的正則化參數(shù)，r0、rs、c0、cs為影像坐標(biāo)的正則化參數(shù)， 這些參數(shù)與RPC模型中80個(gè)系數(shù)均保存于相應(yīng)的RPC文件中[2-3]。

1.2 RPC模型的立體定位原理

針對(duì)式(1)和(2)進(jìn)行變形，假設(shè)同名像點(diǎn)的像坐標(biāo)為(rl,cl),(rr,cr)，根據(jù)泰勒公式將式(3)展開至一次項(xiàng)，針對(duì)每個(gè)立體像對(duì)，可以列出如下方程[9]

(3)

ν=AΔ-l

根據(jù)最小二乘原理，可以解算地面坐標(biāo)改正數(shù)

(4)

1.3 RPC模型的優(yōu)化

為了優(yōu)化RPC模型，可以采用定義在影像面的仿射變換、平移變換、比例變換等來校正系統(tǒng)誤差[4]。選用基于像方空間的仿射Affine變換模型優(yōu)化定位模型[4]

Δr=e0+e1Sample+e2Line

(5)

其中，(Line，Sample)是控制點(diǎn)在影像上的行、列坐標(biāo)，ei,fi(i=0,1,2)為仿射變換參數(shù)，可由控制點(diǎn)計(jì)算得出。

2 試驗(yàn)及分析

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

選取南寧-憑祥線某區(qū)域的GeoEye-1立體像對(duì)，在該區(qū)域內(nèi)均勻布設(shè)20個(gè)外控點(diǎn)和30個(gè)檢查點(diǎn)，用以驗(yàn)證不同控制情況下的幾何精度。

2.2 定向試驗(yàn)

利用GeoEye-I影像附帶的RPC參數(shù)，基于RPC模型直接定位，選擇多種布設(shè)方案，定向精度見表1。

表1 GeoEye-I立體像對(duì)定向精度

試驗(yàn)表明，針對(duì)本次采用的GeoEye-I立體影像，加入1個(gè)定向外控點(diǎn)，GeoEye-I立體影像的平面定向精度達(dá)到2 m以內(nèi)，高程定向精度達(dá)到1 m左右。當(dāng)加入一定數(shù)量控制點(diǎn)時(shí)，精度可達(dá)0.5 m以內(nèi)。定向外控點(diǎn)數(shù)量增加到一定程度后，定向精度改善有限，趨于穩(wěn)定。

2.3 測(cè)圖試驗(yàn)

按照鐵路1∶2 000的測(cè)圖要求，參考已有的航測(cè)1∶2 000地形圖資料，利用GeoEye-I立體像對(duì)測(cè)制影像范圍內(nèi)1∶2 000數(shù)字線劃圖，見圖1。

圖1 WorldView-Ⅰ衛(wèi)星影像測(cè)制的1∶2 000地形圖

根據(jù)測(cè)圖試驗(yàn)，在GeoEye-I衛(wèi)星立體影像模型下，可以直接判讀公路、大車路、小路、街區(qū)、圍墻、獨(dú)立房屋、水塘、河流、堤壩、耕地等特征比較明顯的地物，而管道、通訊線、輸電線、電桿等地物很難從影像上判讀，需要借助調(diào)繪片輔助辨認(rèn)。

3 結(jié)束語

GeoEye-I衛(wèi)星影像分辨率較高，且具備較高的地理定位精度，可為鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)制圖提供新的數(shù)據(jù)源。本次試驗(yàn)結(jié)果表明，GeoEye-I高分辨率衛(wèi)星立體影像內(nèi)部幾何穩(wěn)定性較高，配合RPC參數(shù)，只需少量定向外控點(diǎn)就可以達(dá)到0.5 m以內(nèi)的定位精度，基本滿足鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)1∶2 000測(cè)圖的精度要求，可以在困難地區(qū)或者工期極緊情況下加以利用。因數(shù)據(jù)有限，并沒有針對(duì)更大范圍的GeoEye-I立體像對(duì)進(jìn)行定位研究，研究結(jié)論的應(yīng)用范圍有待進(jìn)一步確定。

[1] JACEK Grodecki， DIAL Gene. IKONOS Geometric Accuracy Validation[A]. Proceedings of ISPRS Working Groups I/2， I/5 and I/7 on “High Resolution Mapping from Space 2001”.Hanover:[s.n]，2001.

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[4] 張過，李德仁，袁修孝.衛(wèi)星遙感影像的區(qū)域網(wǎng)平差成圖精度[J].測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2006，23(4):240-241

[5] 鞏丹超.高分辨率衛(wèi)星遙感立體影像處理模型與算法[D].鄭州：信息工程大學(xué)，2003

[6] 劉軍，王冬紅，毛國苗.基于RPC模型的IKONOS衛(wèi)星影像高精度立體定位[J].測(cè)繪通報(bào)，2004(9):1-4

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TheApplicationofGeoEye-ISatelliteImageDrawinginRailwaySurveyandDesign

DAI Qiang-ling WANG Zhi MIN Shi-ping

2014-02-17

代強(qiáng)玲(1984—)，女，2009年畢業(yè)于武漢大學(xué)遙感學(xué)院攝影測(cè)量與遙感專業(yè)，碩士，工程師。

1672-7479(2014)03-0011-03

P231.5;P237

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