基于基礎(chǔ)測(cè)繪成果的資源三號(hào)衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)平差精度分析與驗(yàn)證

萬(wàn)芳琦　鐘永輝　張　蕾　張　過(guò)　汪韜陽(yáng)

（1.江西省地理國(guó)情監(jiān)測(cè)遙感院　江西南昌　330209；2.流域生態(tài)與地理環(huán)境監(jiān)測(cè)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　江西南昌　330209；3.江西省測(cè)繪地理信息局　江西南昌　330209；4.江西省測(cè)繪成果質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心　江西南昌　330209；5.武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　湖北武漢　430079；6.武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院　湖北武漢　430079）

基于基礎(chǔ)測(cè)繪成果的資源三號(hào)衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)平差精度分析與驗(yàn)證

萬(wàn)芳琦1，2鐘永輝2，3張蕾4張過(guò)5汪韜陽(yáng)6

（1.江西省地理國(guó)情監(jiān)測(cè)遙感院江西南昌330209；2.流域生態(tài)與地理環(huán)境監(jiān)測(cè)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江西南昌330209；3.江西省測(cè)繪地理信息局江西南昌330209；4.江西省測(cè)繪成果質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心江西南昌330209；5.武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室湖北武漢430079；6.武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院湖北武漢430079）

摘要：本文介紹了利用基礎(chǔ)測(cè)繪成果獲取資源三號(hào)衛(wèi)星影像控制資料的方法，并以江西省為試驗(yàn)區(qū)域，利用該方法選擇控制點(diǎn)，經(jīng)區(qū)域網(wǎng)平差試驗(yàn)，驗(yàn)證其平面和高程精度達(dá)到了1:10000立體測(cè)圖精度要求。此作業(yè)方法為衛(wèi)星影像處理積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：資源三號(hào)；區(qū)域網(wǎng)平差；基礎(chǔ)測(cè)繪

1　引言

資源三號(hào)衛(wèi)星于2012年1月9日發(fā)射，是我國(guó)第一顆高分辨率的民用測(cè)繪衛(wèi)星。該衛(wèi)星搭載了3臺(tái)全色相機(jī)（前后下視）和1臺(tái)多光譜相機(jī)。其中，全色下視相機(jī)地面分辨率為2.1m，全色前后視相機(jī)地面分辨率為3.5m，多光譜相機(jī)分辨率為5.8m［2］。衛(wèi)星過(guò)境一次即可獲取三視立體影像和多光譜影像，影像可以組成同軌立體，經(jīng)驗(yàn)證其影像產(chǎn)品能夠滿(mǎn)足1:50000測(cè)圖精度要求［3］。資源三號(hào)衛(wèi)星影像以其分辨率高、獲取速度快、覆蓋面積廣的優(yōu)勢(shì)，已在國(guó)土、林業(yè)等行業(yè)與部門(mén)中得到推廣與應(yīng)用。

基礎(chǔ)測(cè)繪通過(guò)建立全國(guó)統(tǒng)一的測(cè)繪基準(zhǔn)和測(cè)繪系統(tǒng)，利用航空攝影等手段獲取基礎(chǔ)地理信息的遙感資料，測(cè)制和更新國(guó)家基本比例尺地形圖、影像圖和數(shù)字化產(chǎn)品，從而建立和更新基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)，它為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展以及為國(guó)家各個(gè)部門(mén)和各項(xiàng)專(zhuān)業(yè)測(cè)繪提供了不可或缺的基礎(chǔ)地理信息?；A(chǔ)測(cè)繪不僅包含了測(cè)繪基準(zhǔn)、基本比例尺地形圖、正射影像圖、數(shù)字高程模型等測(cè)繪成果，還包含了豐富的航空攝影資料，以及與之對(duì)應(yīng)的像控點(diǎn)、立體像對(duì)等中間成果。本文的研究目的在于充分利用基礎(chǔ)測(cè)繪成果，對(duì)資源三號(hào)衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)平差進(jìn)行精度分析及驗(yàn)證。

2　衛(wèi)星影像處理流程

衛(wèi)星影像的處理流程如圖1所示，將資源三號(hào)衛(wèi)星影像及其RPC參數(shù)導(dǎo)入影像處理軟件后，規(guī)劃并匹配連接點(diǎn)，通過(guò)自由網(wǎng)平差實(shí)現(xiàn)影像間的相對(duì)定向；再根據(jù)控制資料，進(jìn)行控制點(diǎn)/檢查點(diǎn)的采集，經(jīng)控制網(wǎng)平差以驗(yàn)證衛(wèi)星影像的定位精度。

3　基于基礎(chǔ)測(cè)繪成果獲取控制資料

基于基礎(chǔ)測(cè)繪成果獲取控制資料主要采用兩種方式：一是直接利用基礎(chǔ)測(cè)繪像控點(diǎn)，二是通過(guò)恢復(fù)立體像對(duì)讀點(diǎn)。但是，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，采用方式一進(jìn)行控制點(diǎn)采集，很可能由于影像資料的分辨率差異而導(dǎo)致在基礎(chǔ)測(cè)繪中的像控點(diǎn)在衛(wèi)星影像中的辨識(shí)度低，難以刺點(diǎn)的問(wèn)題（如圖2所示）。方式二通過(guò)恢復(fù)航空影像立體像對(duì)，選取道路交叉等明顯點(diǎn)位作為控制點(diǎn)，具有如下優(yōu)勢(shì)：

1）能很好地避免上述由不同源影像由于分辨率差異造成的辨識(shí)度低、難于刺點(diǎn)的問(wèn)題；

2）點(diǎn)位選擇自由，能最大限度地減少外業(yè)工作量。已有像控點(diǎn)在數(shù)量上是有限的，若發(fā)生刺點(diǎn)困難，或像控點(diǎn)所處區(qū)域地物由于時(shí)間關(guān)系發(fā)生變化等情況時(shí)，不可避免需要外業(yè)補(bǔ)測(cè)控制點(diǎn)。通過(guò)恢復(fù)航空影像立體像對(duì)，能夠自主地根據(jù)衛(wèi)星影像中辨識(shí)度高的地物有針對(duì)性的讀點(diǎn)。

綜上，采用方式二基于基礎(chǔ)測(cè)繪獲取控制資料的具體過(guò)程如下：

1）全區(qū)域規(guī)劃控制點(diǎn)點(diǎn)位；

2）基礎(chǔ)測(cè)繪加密資料收集與立體像對(duì)恢復(fù)；

3）明顯點(diǎn)位讀點(diǎn)；

4）控制點(diǎn)平面坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換：已有基礎(chǔ)測(cè)繪資料存在1954北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，需利用已有控制點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一規(guī)劃到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系；

5）控制點(diǎn)高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換：已有基礎(chǔ)測(cè)繪資料是基于1985國(guó)家高程基準(zhǔn)的，需考慮高程異常將其轉(zhuǎn)化為大地高。

值得注意的是，上述過(guò)程中第四、五條平面和高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換至關(guān)重要，只有將基礎(chǔ)測(cè)繪的控制點(diǎn)資料全部規(guī)劃到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下，才能夠保證后續(xù)精度驗(yàn)證的準(zhǔn)確性。

4　試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)區(qū)域?yàn)榻魇?（北緯24°29′14″至30°04′41″，東經(jīng)113°34′36″至118°28′58″），采用經(jīng)過(guò)幾何檢校的資源三號(hào)國(guó)產(chǎn)高分辨率三線陣衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)共80景、240幅（如圖3所示），傳感器類(lèi)型包括全色的前視、正視和后視，覆蓋江西省大部分區(qū)域。

采用基礎(chǔ)測(cè)繪立體像對(duì)讀點(diǎn)的方式獲取均勻分布的控制點(diǎn)100個(gè)，用于驗(yàn)證試驗(yàn)區(qū)域無(wú)控和帶控的測(cè)圖精度。平差方法上，分別采用單景平差和軌道平差。并對(duì)兩種平差方式的優(yōu)劣進(jìn)行了比較分析。

4.2平差結(jié)果與分析

單景和軌道平差結(jié)果比較如表1所示。

從表1的結(jié)果可以看出，無(wú)論是單景平差或是軌道平差，自由網(wǎng)平差都存在較大的誤差。在測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)了少量控制點(diǎn)后再進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，通過(guò)控制點(diǎn)確定了平差的空間基準(zhǔn)，并經(jīng)最小二乘法則將誤差進(jìn)行了合理的配賦，再通過(guò)迭代計(jì)算使各點(diǎn)較好地收斂到一個(gè)最或是位置，從而明顯提高了待求點(diǎn)的空間位置精度。

但是，針對(duì)大區(qū)域影像立體平差而言，帶有軌道約束條件的平差結(jié)果，在稀疏控制下精度明顯好于不帶軌道約束條件的標(biāo)準(zhǔn)景影像平差，80個(gè)立體模型，僅用18個(gè)控制點(diǎn)，80個(gè)檢查點(diǎn)的情況下，平面精度達(dá)到2.764m，高程精度達(dá)到1.828m，該平差平面和高程精度滿(mǎn)足了 《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1部分?jǐn)?shù)字線劃圖（DLG）》（CH/T1015.1-2007）中1:10000比例尺山地的內(nèi)業(yè)加密點(diǎn)精度要求。

5　結(jié)論

本文介紹了利用基礎(chǔ)測(cè)繪成果獲取資源三號(hào)衛(wèi)星影像控制資料的方法，通過(guò)江西省大部分區(qū)域的資源三號(hào)數(shù)據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）通過(guò)基礎(chǔ)測(cè)繪成果獲取資源三號(hào)衛(wèi)星影像控制資料的方法是可行的，它能夠充分利用已有數(shù)據(jù)，最大限度地減少外業(yè)控制工作量。

2）針對(duì)江西省大區(qū)域資源三號(hào)三線陣衛(wèi)星影像立體測(cè)圖，采用帶軌道約束的區(qū)域網(wǎng)平差方法是必要的，而且也是可行的。全區(qū)共80個(gè)模型，在均勻布設(shè)18個(gè)控制點(diǎn)的條件下進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，最后利用80個(gè)獨(dú)立檢查點(diǎn)進(jìn)行檢查，最終平面精度達(dá)到

2.764m，高程精度達(dá)到1.828m。平差后平面和高程精度滿(mǎn)足了1:10000立體測(cè)圖要求。

參考資料：

［1］張過(guò)，汪韜陽(yáng)，李德仁等.軌道約束的資源三號(hào)標(biāo)準(zhǔn)景影像區(qū)域網(wǎng)平差［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào):2014，43（11），1158-1164.

［2］潘紅播，張過(guò)，唐新明等.資源三號(hào)測(cè)繪衛(wèi)星影像產(chǎn)品精度分析與驗(yàn)證［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào):2013，42（5），738-744，751.

［3］李德仁.我國(guó)第一顆民用三線陣立體測(cè)圖衛(wèi)星——資源三號(hào)測(cè)繪衛(wèi)星［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2012，41（3）:317-322.

［4］CH/T1015.1-2007.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1部分?jǐn)?shù)字線劃圖（DLG）

項(xiàng)目來(lái)源：測(cè)繪地理信息公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目（201412007）