基于高分七号卫星影像的立体测图研究_张琴.pdf

地矿测绘2023，39(1):1317CN 531124/TDISSN 10079394Surveying and Mapping of Geology and Mineral esources基于高分七号卫星影像的立体测图研究*张琴，李亚琼(江西省自然资源测绘与监测院，江西 南昌330002)摘要:利用高分辨率卫星影像进行 1 10 000 DLG 数据生产，对省级基础测绘成果更新具有重要研究价值。文章结合亚米级高精度立体测绘卫星 高分七号卫星影像，通过布设不同数量像控点进行 PC 空三处理，并经过外业实地检查，对空三后模型精度以及 DLG 成果精度进行检测。试验证明，模型精度并不完全取决于像控点的数量多少，更多依赖的是像控点布设的方式、布设是否均匀、影像中心是否布设像控点等，并且基于区域网模型的 DLG 成果精度要优于单景模型 DLG 成果。关键词:高分七号卫星影像;1 10 000 比例尺;立体测图;像控点布设中图分类号:P 237文献标识码:A文章编号:10079394(2023)01001305esearch on Stereo Mapping Based on GF-7 Satellite ImageZHANG Qin，LI Ya-qiong(Jiangxi Institute of Natural esources Surveying Mapping and Monitoring，Nanchang Jiangxi 330002，China)Abstract:Using high-resolution satellite images to produce 1 10 000 DLG data has important research valuefor the update of provincial basic surveying and mapping resultsIn this paper，based on the image of the sub-meterhigh precision stereo mapping satellite，Gaofen-7(GF-7)satellite，PC aerotriangulation processing was carried outby laying different number of image control points，and the accuracy of the air triangulation model and DLG resultswere tested after field inspectionThe test results show that the model accuracy does not depend entirely on the num-ber of image control points，but depends more on the layout of image control points，whether the layout is uniform，whether the image center is equipped with image control points，and the accuracy of DLG results based on area net-work model is better than that of DLG results based on single scene modelKey words:GF-7 Satellite image;1 10 000 scale;stereo mapping;layout of image control points0引言自 20 世纪末以来，国家高度重视测绘遥感卫星建设工作，经过多年持续不断的技术攻关，已成功突破国产立体测图卫星测绘和应用的关键技术，构建了卫星测绘从理论研究、技术创新到工程应用的创新体系，成为国际上少数几个掌握成套卫星测绘技术的国家1。而随着“资源三号”系列卫星、高分系列卫星的成功发射，测绘卫星应用水平也在不断提升。江西省地貌类型以山地、丘陵为主，传统航空影像获取时间相对较长且受天气因素影响较大。因此，基于卫星影像获取范围广、获取周期短、控制点需求少的优点，研究如何利用亚米级立体卫星影像进行 1 10 000 比例尺的江西省级基础测绘生产具有重要意义25。1卫星影像立体测图试验研究高分辨率对地观测系统重大专项(简称高分专项)是 国家中长期科学与技术发展规划纲要(200631*收稿日期:20221020基金项目:江西省自然资源厅科技创新项目(ZKJ20222307)DOI:10.16864/ki.dkch.2023.00132020 年)确定的重大科技专项，于 2010 年批准启动实施6，7。本试验影像源是高分七号立体卫星影像，该卫星搭载了双线阵立体相机、激光测高仪等有效载荷，可有效获取 20 km 幅宽、优于 0.8 m 分辨率的全色立体影像和优于 3.2 m 分辨率的多光谱影像。本次试验内容主要有:1)单景卫星立体影像不同像控点布点方案PC 空三处理及模型精度评价8;2)多景多轨道卫星立体影像区域网不同像控点布点方案 PC 空三处理及模型精度评价;3)基于试验图幅的 DLG 成果精度评定。11图幅选取由于单景卫星影像覆盖面积较大同时包含多种地形，而平地和丘陵地的精度要求比山地和高山地高，因此在选择试验图幅时，重点考虑平地和丘陵地形的覆盖情况。同时试验图幅在单景影像或者区域网(面积约 1 500 km2)的位置分布情况也要考虑，将试验图幅分布在影像的上、下、左、右、中间及区域网中两影像接边处等不同位置，见图 1。图 1试验图幅在单景和区域网的位置分布图Fig1Location distribution of test mapsheet in single sceneand area network试验数据地形类别，选择了平地、丘陵地、山地、高山地共 4 幅 1 10 000 地形图进行模型和地形图成果精度试验，图幅信息见表 1。12技术流程卫星影像立体测图具体流程见图 2。本次试验的布点方案在参考 GB/T 407662021 数字航天摄影测量 控制测量规范 的基础上，结合其他相关参考资料制定的。表 1试验图幅信息表Tab1Information table of test mapsheet地形类别图幅号等高距/m平地G50G0300151丘陵地G50G0300162.5山地G50G0360165高山地G50G03701610图 2卫星影像立体测图试验流程图Fig2Experiment flow of satellite image stereoscopic mapping2关键技术卫星影像立体测图的关键技术在于如何布设像控点以及卫星影像原始 PC 参数如何修正。21像控点及检查点布设试验区域分别针对单景卫星影像和多景多轨道卫星影像布设不同数量像控点，并进行相应精度41地矿测绘2023 年 3 月检测。211单景像控点布设开展单景卫星影像像控点布设试验，布设方案分别为:1 控制点布设方案;4 控制点布设方案;5 控制点布设方案;9 控制点布设方案。其中，1 控制点布设方案方案是在影像中心点位布设 1 个控制点;4控制点布设方案方案是在影像四个角点位各布设 1个控制点;5 控制点布设方案方案是在影像中心点位及四个角点位各布设 1 个控制点;9 控制点布设方案方案是在影像的上部、中部及下部均匀地布设9 个控制点。具体布点方案如图 3 所示。图 3单景卫星影像像控点布点方案示意图Fig3Diagram of image control point distribution scheme ofsingle-view satellite image212多景多轨道卫星影像区域网布设选取四景多轨道号高分七卫星影像进行区域网像控点布设试验，布设方案分别为:5 控制点区域网方案;7 控制点区域网方案;9 控制点区域网方案;11 控制点区域网方案。其中，5 控制点区域网方案每景至少 2 控制点(含共用点);7 控制点区域网方案每景至少 3 控制点(含共用点);9 控制点区域网方案每景至少 4 控制点(含共用点);11 控制点区域网方案每景至少 5 控制点(含共用点)。具体布点方案如图 4 所示。213检查点布设方案试验区的检查点布设主要是用于模型精度及1 10 000地形图精度检查，检查点分布均匀，位置明显。模型精度评定每景选择约 80 个检查点。地形图精度评定根据图幅地形而定，平地、丘陵地每幅图选择 20 个检查点，山地、高山地等选点困难地区每幅图适当减少 1015 个检查点。图 4多景多轨道卫星影像区域网像控点布点方案示意图Fig4Diagram of image control point distribution scheme inmulti-view and multi-orbit satellite image area22卫星影像 PC 空三流程在航天远景摄影测量软件下，利用影像原始的PC 参数进行像方改正，在像对中刺入外业像控点后进行 PC 空三解算9 并得到改正后的像方参数，然后加载外业检查点用于检查空三模型精度，具体流程见图 5。图 5PC 空三流程图Fig5Flow of PC aerotriangulation3精度检测本文从模型精度和 DLG 成果精度两方面进行精度检测，本试验精度检查点均为外业实测点。51第 39 卷第 1 期张琴，李亚琼:基于高分七号卫星影像的立体测图研究31模型精度检测从表 2 和表 3 分析可知:本试验中，区域网模型各布点方案与单景模型各布点方案均能满足1 10 000比例尺 4 种等高距平面中误差要求，且都能满足5 m、10 m 等高距高程中误差要求，但单景模型 1 控制点方案与 4 控制点方案不能满足 2.5 m 等高距高程中误差要求，同时各布点方案都不能满足 1 m 等高距高程中误差要求。表 2单景模型精度评定表Tab2Accuracy evaluation table of single scene model方案高程检查点数平面检查点数高程中误差/m平面中误差/m1 点93932.102.214 点93931.561.545 点93930.441.299 点93931.131.50表 3区域网模型精度评定表Tab3Accuracy evaluation table of regional network model方案高程检查点数平面检查点数高程中误差/m平面中误差/m5 点1421420.481.177 点1421420.731.179 点1421420.971.0511 点1421420.471.10从试验结果可以看出，无论是区域网布点方案还是单景模型布点方案，其精度并不完全依赖控制点，它不会随着控制点数量的增多而得到更高的精度，更多依赖的是点位布设的方式，控制点是否布设均匀，影像中心是否布设点位等。32DLG 成果精度检测由于单景模型 1 控制点布点方案高程中误差较大为2.21 m，因此 DLG 成果测制未考虑该布点方案。从 DLG 成果精度表 4 和表 5 分析可知:基于区域网模型和单景模型测制的 2.5 m、5 m、10 m 等高距 DLG 成果，平面、高程中误差均能满足 1 10 000比例尺要求;1 m 等高距 DLG 在区域网模型和单景模型均能满足平面中误差要求，但只有区域网模型5 控制点布点方案和 9 控制点布点方案能满足高程中误差要求。由此可以得出结论:基于区域网模型的 DLG 成果精度要优于单景模型的 DLG 成果精度。表 4基于单景模型的 DLG 成果精度评定表Tab4Accuracy evaluation table of DLG achievement based onsingle scene model方案 等高距/m高程