基于高分辨率測(cè)繪衛(wèi)星的DOM制作研究

張光俊

摘要：隨著數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)的不斷進(jìn)步和我國通信衛(wèi)星工作的發(fā)展，如何利用我國在測(cè)繪工程領(lǐng)域自主研發(fā)獲得的通信衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息已成為解決問題的關(guān)鍵。國內(nèi)衛(wèi)星影像的應(yīng)用不僅涉及到常用的專業(yè)技術(shù)人員，而且其所能達(dá)到的各類精度也引起了世界的關(guān)注。

關(guān)鍵詞：高分辨率測(cè)繪衛(wèi)星;DOM制造;研究

一、“資源三號(hào)03”衛(wèi)星概況

1.1背景概述

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展信息化規(guī)劃的快速發(fā)展，社會(huì)各界將不可避免地選擇加快空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和測(cè)繪工程信息內(nèi)容產(chǎn)品生產(chǎn)制造升級(jí)速度，而傳統(tǒng)的測(cè)繪工程技術(shù)和方法遠(yuǎn)不能滿足遠(yuǎn)方的需求，所以要選擇航天工程，發(fā)射測(cè)繪工程通信衛(wèi)星，實(shí)時(shí)獲取各類空間數(shù)據(jù)，并與航天工程緊密結(jié)合。當(dāng)前的航空公司和道路數(shù)據(jù)采集方法在我國創(chuàng)建和維護(hù)高精度時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，即時(shí)升級(jí)各種比例尺精度地圖，快速生成當(dāng)前基礎(chǔ)空間信息數(shù)據(jù)。2008年3月12日，經(jīng)國務(wù)院辦公廳批準(zhǔn)，“資源三號(hào)”通信衛(wèi)星項(xiàng)目立項(xiàng)公告，開發(fā)周期為36個(gè)月。通信衛(wèi)星系統(tǒng)由中國航天科技集團(tuán)公司開發(fā)。

1.2數(shù)據(jù)信息概覽

紫苑三號(hào)測(cè)繪工程通信衛(wèi)星2012年全年接收原始記錄1590軌，原始記錄總輸出250TB。合理數(shù)據(jù)中國覆蓋面積約750萬公頃，合理數(shù)據(jù)信息覆蓋全球3000萬平方公里。我國已經(jīng)存在的基礎(chǔ)空間信息數(shù)據(jù)庫的發(fā)展瓶頸得到了合理的緩解。資源三測(cè)繪工程通信衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息的快速解析和貨物配送，與我國重大特大型測(cè)繪工程、省部級(jí)測(cè)繪工程應(yīng)用密切相關(guān)，應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)急測(cè)繪項(xiàng)目。關(guān)鍵是確保全國1：5萬個(gè)基礎(chǔ)空間信息數(shù)據(jù)庫查詢升級(jí)、927工程、自然地理基礎(chǔ)國情檢測(cè)、“天圖”服務(wù)等重大、大型測(cè)繪工程任務(wù)。各種應(yīng)用情況表明，ZY-3測(cè)繪工程衛(wèi)星影像在空間分辨率、精度水平和時(shí)效性等方面在我國自主民用遙感衛(wèi)星中處于領(lǐng)先地位，可服務(wù)于基礎(chǔ)測(cè)繪工程項(xiàng)目，土地，農(nóng)業(yè)，影像數(shù)據(jù)信息需求在畜牧業(yè)、自然環(huán)境、救災(zāi)、統(tǒng)籌等各個(gè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

1.3參數(shù)概述

衛(wèi)星軌道（公差值）

縱橫比：505.984公里，傾角：97.421°，回程周期：59天，回程周期：5天，下降交點(diǎn)時(shí)：10：30AM

衛(wèi)星凈重

約2650kg

衛(wèi)星的使用壽命和在軌5年的壽命

道路像素屏幕分辨率

前后視攝像頭：3.5m，識(shí)別攝像頭：2.1m，多光譜攝像頭：5.8m，總覆蓋寬度：前視，后視攝像頭：52km，識(shí)別攝像頭：50km，多光譜攝像頭：52km

圖像數(shù)據(jù)編碼率

全彩圖像：2：1/4：1可選，多光譜儀圖像：無損壓縮，數(shù)據(jù)傳輸模塊安全通道數(shù)：2個(gè)安全通道

通信衛(wèi)星負(fù)載

（1）全彩TDICCD相機(jī)，路屏分辨率優(yōu)于2.1m;

（2）2臺(tái)前視和后視全色TDICCD相機(jī)，路屏分辨率優(yōu)于3.5米;

（3）路屏分辨率優(yōu)于5.8米的多光譜識(shí)別攝像頭。

二、制作基本理論

2.1解算模型參數(shù)

如果測(cè)量區(qū)域存在符合要求的現(xiàn)有參考點(diǎn)，則可以直接使用現(xiàn)有參考點(diǎn)進(jìn)行校正。如果測(cè)量區(qū)域沒有足夠的相對(duì)密度和精度參考點(diǎn)，可以利用測(cè)量區(qū)域現(xiàn)有的精確DEM和DOM校正：DEM首先經(jīng)過svm算法，得到多個(gè)物體空間的空間坐標(biāo)對(duì)象點(diǎn)，其匹配的圖像平面坐標(biāo)可以在基本DOM上進(jìn)行測(cè)量，然后基于常用的實(shí)體模型，經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算，修正實(shí)體模型的主要參數(shù)，建立偏差校準(zhǔn)的主要參數(shù)，即實(shí)體模型被建造。

2.2幾何校正技術(shù)

幾何圖形校正的關(guān)鍵方法是切線方程法、代數(shù)法、直接線性變換法和有理函數(shù)法，文章中的測(cè)試數(shù)據(jù)信息為通信衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息，因此校正方法選擇通信衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息特有的有理函數(shù)法，由于有理代數(shù)實(shí)體模型不涉及傳感器的幾何圖形關(guān)聯(lián)，因此可以合理隱藏其幾何圖形。

因此，它在這個(gè)行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，在整個(gè)校正過程中，軟件應(yīng)用從現(xiàn)有的精確基礎(chǔ)DEM和DOM干支持向量機(jī)算法中，使用一定總數(shù)的參考點(diǎn)來校正RPC的主要參數(shù)（有理代數(shù)指數(shù)方面）和系統(tǒng)誤差調(diào)整主要參數(shù)（一般是反射面轉(zhuǎn)換的主要參數(shù)），然后應(yīng)用實(shí)體模型對(duì)衛(wèi)星圖像進(jìn)行幾何校正。

2.3影相整合與組合

常見的基本搜索算法有五種：相關(guān)函數(shù)（矢量素材的數(shù)積）、協(xié)方差矩陣罪魁禍?zhǔn)祝ㄊ噶克夭耐队埃?、相關(guān)系數(shù)r（矢量素材相交角）、差分平均（差分矢量素材模數(shù)）、平方和差異的根（差異矢量材料權(quán)重的平方根之和）。圖像配對(duì)本質(zhì)上是在兩幅（或多幅）圖像之間識(shí)別同名的點(diǎn)，并精確配對(duì)。通常的航空攝影測(cè)量配對(duì)方法是比較目標(biāo)區(qū)域和檢索區(qū)域內(nèi)兩個(gè)點(diǎn)組的灰度協(xié)方差矩陣或相關(guān)系數(shù)r，在較大值標(biāo)準(zhǔn)下尋找同名的像點(diǎn)，該組合基于精確校正和圖像匹配的基礎(chǔ)，任務(wù)是結(jié)合全色和多光譜儀圖像，使最終結(jié)果既具有全色圖像的高像素特性，又具有多光譜儀圖像的豐富性。

三.數(shù)據(jù)正射影像（DOM）制作的技術(shù)步驟

DOM制作的關(guān)鍵是提前準(zhǔn)備和整理出早期的數(shù)據(jù)信息，然后利用已有的參考點(diǎn)信息內(nèi)容，整合DEM進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的校正、配準(zhǔn)、組合，進(jìn)行色彩調(diào)整、拼湊，以及效果的框架，在切割等工作中，最終生成標(biāo)準(zhǔn)的DOM圖像數(shù)據(jù)信息。

3.1全色圖像校正方法

利用采集到的基準(zhǔn)點(diǎn)資料和DEM數(shù)據(jù)信息，先對(duì)全色庫存波段圖像進(jìn)行正射校正，然后利用多光譜儀數(shù)據(jù)信息和同名全色庫存波段進(jìn)行配準(zhǔn)，最后進(jìn)行配準(zhǔn)組合和調(diào)式求解，將DOM數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為場(chǎng)景數(shù)據(jù)信息，該方法是現(xiàn)階段通信衛(wèi)星DOM制作的常用方法，這種方法對(duì)數(shù)據(jù)信息的獲取有廣泛的規(guī)定，在具體的生產(chǎn)制造中，針對(duì)有效性和精度的控制規(guī)律，在多元化、先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備水平上，對(duì)色料帶和多光要求料帶進(jìn)行了嚴(yán)格的觀察，一步步獲取的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)信息，比如WorldView，路途使用通戈的整體影像處理，進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)機(jī)的自動(dòng)匹配，結(jié)果不能滿足性能要求，需要手動(dòng)注冊(cè)。

3.2組合影像校正方法

能夠?qū)⑷投喙庾V儀圖像合并進(jìn)行預(yù)處理，利用全色庫存波段圖像進(jìn)行參考點(diǎn)選擇和采集，利用采集到的參考點(diǎn)對(duì)組合數(shù)據(jù)信息進(jìn)行正射校正，然后進(jìn)行色調(diào)處理圖形輸出。如果衛(wèi)星影像的全色庫存波段與多光譜儀的庫存波段同步，且實(shí)際采集效果良好，如Worldview衛(wèi)星影像，該方法可以降低多光譜儀配準(zhǔn)的難度系數(shù)，提高DOM生產(chǎn)效率，制作DOM的有效方法之一。

3.3全色多光譜儀圖像分類校正方法

從參考點(diǎn)資料中選擇合理的參考點(diǎn)，合并DEM數(shù)據(jù)信息，對(duì)全色庫存波段和多光譜儀數(shù)據(jù)信息進(jìn)行各自的正射校正，校正后組合形成色調(diào)圖，最終獲得所需的DOMImage。該方法主要適用于山區(qū)異質(zhì)全色和多光譜數(shù)據(jù)信息的DOM生成，對(duì)于多光譜儀和全色配準(zhǔn)，有一定難度，利用概念模型分別進(jìn)行校正，保證精度后再進(jìn)行組合。

結(jié)束語：使用PixelGrid處理第三張圖片的DOM是在第三張圖片的數(shù)據(jù)加密基本經(jīng)過各種檢查和變化之后進(jìn)行的。在制作DOM的時(shí)候，主要通過PixelGrid中的“數(shù)字高程模型提取、正射影像生成拼接”兩個(gè)菜單欄來完成。根據(jù)轉(zhuǎn)換成核圖像和匹配種子幾何體三維測(cè)量和自動(dòng)圖像匹配轉(zhuǎn)化為高精度DEM，再用DEM轉(zhuǎn)化為DOM并進(jìn)行自動(dòng)拼湊得到DOM效果，隨著我國高分遙感衛(wèi)星的技術(shù)發(fā)展，我們堅(jiān)信以下國產(chǎn)高分衛(wèi)星可能會(huì)結(jié)合各種處理方式來提高生產(chǎn)力。

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