基于高分辨率測繪衛(wèi)星的DOM制作研究

喻君君

摘 要：隨著數(shù)字?jǐn)z影測量相關(guān)技術(shù)及我國衛(wèi)星事業(yè)的發(fā)展，如何將我國自主研發(fā)獲取的衛(wèi)星數(shù)據(jù)在測繪行業(yè)當(dāng)中得到更為廣泛的應(yīng)用，成為專業(yè)人士關(guān)注的重點(diǎn)。而國產(chǎn)衛(wèi)星影像的使用，不僅涉及到所用到的專業(yè)技術(shù)，其所能達(dá)到的各項(xiàng)精度也同樣令人矚目。本文通過兩個(gè)生產(chǎn)性試驗(yàn)項(xiàng)目，介紹了利用資三影像及國產(chǎn)PixelGrid系統(tǒng)制作1：1萬DOM的方法，并從不同方面做了精度比對(duì)，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：資三影像 PixelGrid 1∶1萬 DOM 精度

中圖分類號(hào)：P23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（c）-0042-02

資源三號(hào)衛(wèi)星歷經(jīng)三年多深化論證，經(jīng)過近四年研究開發(fā)，于2012年1月9日在太原發(fā)射場發(fā)射成功。衛(wèi)星工程突破了諸多技術(shù)難題，是我國首顆民用高分辨率立體測圖衛(wèi)星，衛(wèi)星在軌測試和前期運(yùn)行表明，資源三號(hào)是目前我國綜合精度最高的遙感測繪衛(wèi)星，多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到或優(yōu)于國外同類型的測繪衛(wèi)星。

DOM，是數(shù)字正射影像圖（Digital Orthophoto Map）的縮寫，是利用DEM對(duì)航空或航天影像經(jīng)逐像元進(jìn)行輻射改正、微分糾正和鑲嵌，并按規(guī)定圖幅范圍裁剪生成的形象數(shù)據(jù)，帶有公里格網(wǎng)、圖廓（內(nèi)、外）整飾和注記的平面圖。它可作為背景控制信息，評(píng)價(jià)其它數(shù)據(jù)的精度、現(xiàn)實(shí)性和完整性，也可從中提取自然資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展信息，為防災(zāi)治害和公共設(shè)施建設(shè)規(guī)劃等應(yīng)用提供可靠依據(jù)。

雖然利用資源三號(hào)衛(wèi)星影像生產(chǎn)1∶1萬基礎(chǔ)測繪山地及高山地的系列產(chǎn)品已在一些生產(chǎn)單位投入使用，但其生產(chǎn)的產(chǎn)品精度亦待檢測。本文將結(jié)合兩個(gè)1∶1萬基礎(chǔ)測繪項(xiàng)目針對(duì)利用資源三號(hào)衛(wèi)星影像生產(chǎn)1∶1萬基礎(chǔ)測繪DOM的精度進(jìn)行初步探索。

1 資三影像及PixelGrid簡介

1.1 資三影像簡介

資源三號(hào)測繪衛(wèi)星，簡稱ZY3，是中國第一顆民用高分辨率光學(xué)傳輸型測繪衛(wèi)星。

以往航空攝影，受天氣因素影響很大，比如有雨的天氣就不能拍攝，導(dǎo)致一年成像面積只有70萬到100萬km2，而且是把所有比例尺都算上的，而資源三號(hào)衛(wèi)星為解決這個(gè)矛盾，利用回訪功能，以特區(qū)為單位，可以避開受天氣因素影響的地方選擇其他拍攝地方，并且生成的是一個(gè)可量測的實(shí)體模型，我們可以通過計(jì)算機(jī)直接量測實(shí)體模型，不用全部到野外進(jìn)行實(shí)地測量，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了影像加工和整理的整體數(shù)字化。

1∶1萬基礎(chǔ)測繪所用的資三影像數(shù)據(jù)由國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應(yīng)用中心提供，其坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS84，投影方式是UTM投影。

1.2 PixelGrid簡介

1.2.1 基本情況

高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)一體化測圖系統(tǒng)PixelGrid是由中國測繪科學(xué)研究院自主研發(fā)的“十一五”重大科技成果，獲得2009年度國家測繪科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。該軟件是我國西部1∶5萬地形圖空白區(qū)測圖工程以及第二次全國土地調(diào)查工程的主力軟件，被譽(yù)為國產(chǎn)的“像素工廠”，可以完成遙感影像從空中三角測量到各種比例尺的DLG、DEM/DSM、DOM等測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)。

1.2.2 PixelGrid制作DOM的優(yōu)勢

在利用資三影像制作1∶1萬基礎(chǔ)測繪正射影像的項(xiàng)目中，筆者做過多種軟件的實(shí)驗(yàn)及精度檢測，之所以最終選擇PixelGrid系統(tǒng)，是因?yàn)槠浠诙嗷€、多重匹配特征的自動(dòng)匹配技術(shù)。

PixelGrid系統(tǒng)首次提出并研發(fā)了獨(dú)特的基于多基線、多重匹配特征的自動(dòng)匹配技術(shù)，采用由粗到細(xì)（coarse-to-fine）的多級(jí)影像匹配策略，綜合集成多種成熟的、性能互補(bǔ)的影像匹配算法，在匹配算法的各個(gè)子模塊之間進(jìn)行質(zhì)量控制、自動(dòng)進(jìn)行匹配粗差定位和剔除，充分利用高分辨率遙感影像所提供的新特點(diǎn)（高信噪比、高反差的影像，高地面覆蓋重疊率等），獲取成像區(qū)域的高精度DEM，有效解決了復(fù)雜地形條件下DEM/DSM的全自動(dòng)提取。

正是因?yàn)槠浠诙嗷€、多重匹配特征的自動(dòng)匹配技術(shù)，可以全自動(dòng)提取高精度的DEM，進(jìn)而可以制作出高精度的正射影像，因此才最終選擇它來制作DOM。

2 制作DOM流程

利用PixelGrid處理資三影像制作DOM，是在資三影像加密得到經(jīng)過各級(jí)檢查及修改的成果基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。在制作DOM時(shí)，主要是用PixelGrid里的“數(shù)字高程模型提取”、“正射影像生成拼接”兩個(gè)菜單來實(shí)現(xiàn)的，通過生成核線影像、匹配種子點(diǎn)線立體量測、自動(dòng)影像匹配生成高精度的DEM，然后再利用DEM來生成DOM并進(jìn)行自動(dòng)拼接進(jìn)而得到DOM成果。就整個(gè)項(xiàng)目而言，制作DOM的流程如圖1。

3 精度評(píng)估

用資三影像生產(chǎn)的DOM制作完成之后，為了檢測其幾何精度，筆者從像控點(diǎn)的精度比對(duì)、用資三影像所測線狀地物與衛(wèi)片DOM的套合、用航片所測線狀地物與衛(wèi)片DOM的套合、等高線與衛(wèi)片DOM的套合等幾個(gè)方面進(jìn)行了精度比對(duì)。設(shè)計(jì)書對(duì)于使用資三影像區(qū)域平面精度的要求是“凡是采用資源三號(hào)衛(wèi)片的測區(qū)，所有地類平面精度放寬0.5倍”，由此推算區(qū)域網(wǎng)絕對(duì)定向中基本定向點(diǎn)在山地與高山地的平面殘差應(yīng)為6.0 m，而衛(wèi)星遙感影像DOM的平面位置精度根據(jù)《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品1∶10000 1∶50000生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程第3部分：數(shù)字正射影像圖（DOM）》5.3a表述“一般情況下衛(wèi)星遙感影像DOM的點(diǎn)位中誤差不大于2個(gè)像元”，根據(jù)資三影像資料推算，衛(wèi)片DOM的平面位置精度應(yīng)為6 m。

3.1 像控點(diǎn)的精度比對(duì)

像控點(diǎn)的精度對(duì)比實(shí)際就是計(jì)算區(qū)域網(wǎng)絕對(duì)定向中基本定向點(diǎn)平面位置的中誤差。兩個(gè)生產(chǎn)性試驗(yàn)項(xiàng)目涉及到用資三影像部分區(qū)域的DOM制作完成后，筆者將像控點(diǎn)在立體模型里量測的坐標(biāo)與其像控成果坐標(biāo)做了比對(duì)，結(jié)果如表1、表2。

由比對(duì)結(jié)果可以看出，像控點(diǎn)的精度是比較理想的。endprint

3.2 DOM與線狀地物的精度比對(duì)

3.2.1 DOM與資三影像所測線狀地物的精度比對(duì)

資三影像加密完成、經(jīng)過各級(jí)檢查及修改之后，即投入測圖生產(chǎn)，筆者在兩個(gè)項(xiàng)目中均勻地選擇了些線狀地物，將其與衛(wèi)片DOM疊加后發(fā)現(xiàn)套合情況良好，平面位置基本相差在0.5～2 m之間。

3.2.2 DOM與航片所測線狀地物的精度比對(duì)

在這次兩個(gè)生產(chǎn)性試驗(yàn)的項(xiàng)目中，有部分圖幅由于是丘陵地或是資三影像未能全覆蓋而選擇航片生產(chǎn)，但也有部分資三影像與航片重疊的區(qū)域，筆者在重疊區(qū)域的航片內(nèi)均勻地選擇了些不易發(fā)生變化的線狀地物進(jìn)行測繪，并將測繪的結(jié)果導(dǎo)入資三影像制作的DOM中進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)線狀地物與衛(wèi)片DOM套合情況良好，平面位置基本相差在0.5～2 m之間，個(gè)別相差較大的也在3、4 m左右。

3.3 DOM與等高線的精度比對(duì)

對(duì)于已經(jīng)測繪完成的等高線，筆者均勻地選擇了山地和高山地的等高線與衛(wèi)片DOM進(jìn)行套合查看，發(fā)現(xiàn)套合情況良好。根據(jù)多年航測經(jīng)驗(yàn)，山勢陡峭區(qū)域的等高線，用航片生產(chǎn)出來的DOM與等高線的套合情況一般都不太理想，而試驗(yàn)區(qū)域的衛(wèi)片DOM與等高線的套合精度還是比較理想的，平面位置的套合差也基本都在0.5 m～2 m之間，個(gè)別相差較大的也均未超限。

根據(jù)衛(wèi)片DOM與各類線狀地物及等高線的對(duì)比情況可以看出，其平面位置精度還是比較理想的。而成果DOM也因反差適中、色調(diào)均勻，質(zhì)量情況表現(xiàn)良好。

4 結(jié)語

雖然利用資源三號(hào)衛(wèi)星影像及Pixel Grid生產(chǎn)的1∶1萬基礎(chǔ)測繪山地及高山地的正射影像在筆者經(jīng)歷的這兩個(gè)生產(chǎn)性試驗(yàn)項(xiàng)目中均得到了比較好的精度評(píng)估，但其結(jié)果也只能作為生產(chǎn)當(dāng)中的一種借鑒與參考。在后續(xù)的項(xiàng)目中，筆者將繼續(xù)跟蹤、統(tǒng)計(jì)相關(guān)的精度統(tǒng)計(jì)，以便在基礎(chǔ)測繪項(xiàng)目及其它項(xiàng)目中更好地利用資源三號(hào)衛(wèi)星影像資源，促進(jìn)我國衛(wèi)星事業(yè)的更好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心網(wǎng)站.2013.

[2] PixelGrid軟件用戶手冊(cè).2012.

[3] 廣東測繪院.1∶10000基礎(chǔ)測繪設(shè)計(jì)書.2013.

[4] 黨安榮，王曉棟，陳曉峰，等.遙感圖像處理方法[M].清華大學(xué)出版社，2003.endprint

3.2 DOM與線狀地物的精度比對(duì)

3.2.1 DOM與資三影像所測線狀地物的精度比對(duì)

資三影像加密完成、經(jīng)過各級(jí)檢查及修改之后，即投入測圖生產(chǎn)，筆者在兩個(gè)項(xiàng)目中均勻地選擇了些線狀地物，將其與衛(wèi)片DOM疊加后發(fā)現(xiàn)套合情況良好，平面位置基本相差在0.5～2 m之間。

3.2.2 DOM與航片所測線狀地物的精度比對(duì)

在這次兩個(gè)生產(chǎn)性試驗(yàn)的項(xiàng)目中，有部分圖幅由于是丘陵地或是資三影像未能全覆蓋而選擇航片生產(chǎn)，但也有部分資三影像與航片重疊的區(qū)域，筆者在重疊區(qū)域的航片內(nèi)均勻地選擇了些不易發(fā)生變化的線狀地物進(jìn)行測繪，并將測繪的結(jié)果導(dǎo)入資三影像制作的DOM中進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)線狀地物與衛(wèi)片DOM套合情況良好，平面位置基本相差在0.5～2 m之間，個(gè)別相差較大的也在3、4 m左右。

3.3 DOM與等高線的精度比對(duì)

對(duì)于已經(jīng)測繪完成的等高線，筆者均勻地選擇了山地和高山地的等高線與衛(wèi)片DOM進(jìn)行套合查看，發(fā)現(xiàn)套合情況良好。根據(jù)多年航測經(jīng)驗(yàn)，山勢陡峭區(qū)域的等高線，用航片生產(chǎn)出來的DOM與等高線的套合情況一般都不太理想，而試驗(yàn)區(qū)域的衛(wèi)片DOM與等高線的套合精度還是比較理想的，平面位置的套合差也基本都在0.5 m～2 m之間，個(gè)別相差較大的也均未超限。

根據(jù)衛(wèi)片DOM與各類線狀地物及等高線的對(duì)比情況可以看出，其平面位置精度還是比較理想的。而成果DOM也因反差適中、色調(diào)均勻，質(zhì)量情況表現(xiàn)良好。

4 結(jié)語

雖然利用資源三號(hào)衛(wèi)星影像及Pixel Grid生產(chǎn)的1∶1萬基礎(chǔ)測繪山地及高山地的正射影像在筆者經(jīng)歷的這兩個(gè)生產(chǎn)性試驗(yàn)項(xiàng)目中均得到了比較好的精度評(píng)估，但其結(jié)果也只能作為生產(chǎn)當(dāng)中的一種借鑒與參考。在后續(xù)的項(xiàng)目中，筆者將繼續(xù)跟蹤、統(tǒng)計(jì)相關(guān)的精度統(tǒng)計(jì)，以便在基礎(chǔ)測繪項(xiàng)目及其它項(xiàng)目中更好地利用資源三號(hào)衛(wèi)星影像資源，促進(jìn)我國衛(wèi)星事業(yè)的更好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心網(wǎng)站.2013.

[2] PixelGrid軟件用戶手冊(cè).2012.

[3] 廣東測繪院.1∶10000基礎(chǔ)測繪設(shè)計(jì)書.2013.

[4] 黨安榮，王曉棟，陳曉峰，等.遙感圖像處理方法[M].清華大學(xué)出版社，2003.endprint

3.2 DOM與線狀地物的精度比對(duì)

3.2.1 DOM與資三影像所測線狀地物的精度比對(duì)

資三影像加密完成、經(jīng)過各級(jí)檢查及修改之后，即投入測圖生產(chǎn)，筆者在兩個(gè)項(xiàng)目中均勻地選擇了些線狀地物，將其與衛(wèi)片DOM疊加后發(fā)現(xiàn)套合情況良好，平面位置基本相差在0.5～2 m之間。

3.2.2 DOM與航片所測線狀地物的精度比對(duì)

在這次兩個(gè)生產(chǎn)性試驗(yàn)的項(xiàng)目中，有部分圖幅由于是丘陵地或是資三影像未能全覆蓋而選擇航片生產(chǎn)，但也有部分資三影像與航片重疊的區(qū)域，筆者在重疊區(qū)域的航片內(nèi)均勻地選擇了些不易發(fā)生變化的線狀地物進(jìn)行測繪，并將測繪的結(jié)果導(dǎo)入資三影像制作的DOM中進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)線狀地物與衛(wèi)片DOM套合情況良好，平面位置基本相差在0.5～2 m之間，個(gè)別相差較大的也在3、4 m左右。

3.3 DOM與等高線的精度比對(duì)

對(duì)于已經(jīng)測繪完成的等高線，筆者均勻地選擇了山地和高山地的等高線與衛(wèi)片DOM進(jìn)行套合查看，發(fā)現(xiàn)套合情況良好。根據(jù)多年航測經(jīng)驗(yàn)，山勢陡峭區(qū)域的等高線，用航片生產(chǎn)出來的DOM與等高線的套合情況一般都不太理想，而試驗(yàn)區(qū)域的衛(wèi)片DOM與等高線的套合精度還是比較理想的，平面位置的套合差也基本都在0.5 m～2 m之間，個(gè)別相差較大的也均未超限。

根據(jù)衛(wèi)片DOM與各類線狀地物及等高線的對(duì)比情況可以看出，其平面位置精度還是比較理想的。而成果DOM也因反差適中、色調(diào)均勻，質(zhì)量情況表現(xiàn)良好。

4 結(jié)語

雖然利用資源三號(hào)衛(wèi)星影像及Pixel Grid生產(chǎn)的1∶1萬基礎(chǔ)測繪山地及高山地的正射影像在筆者經(jīng)歷的這兩個(gè)生產(chǎn)性試驗(yàn)項(xiàng)目中均得到了比較好的精度評(píng)估，但其結(jié)果也只能作為生產(chǎn)當(dāng)中的一種借鑒與參考。在后續(xù)的項(xiàng)目中，筆者將繼續(xù)跟蹤、統(tǒng)計(jì)相關(guān)的精度統(tǒng)計(jì)，以便在基礎(chǔ)測繪項(xiàng)目及其它項(xiàng)目中更好地利用資源三號(hào)衛(wèi)星影像資源，促進(jìn)我國衛(wèi)星事業(yè)的更好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心網(wǎng)站.2013.

[2] PixelGrid軟件用戶手冊(cè).2012.

[3] 廣東測繪院.1∶10000基礎(chǔ)測繪設(shè)計(jì)書.2013.

[4] 黨安榮，王曉棟，陳曉峰，等.遙感圖像處理方法[M].清華大學(xué)出版社，2003.endprint