DEM约束的卫星影像定位法

作为"云控制"摄影测量理论和方法的发展,研究了DEM约束的立体卫星影像区域网平差方法。与DEM仅作为高程控制信息使用,或者是通过DEM表面匹配实现绝对定向的间接定位方法不同,DEM作为平高控制信息被直接引入至基于RFM模型的卫星影像区域网平差之中。本文方法将连接点地面高程与DEM格网内插高程之差作为虚拟观测值构建约束方程,不仅利用了DEM高程信息,并且利用了其地形曲面包含的平面信息,以"云控制"方式在区域网平差过程中有效消除卫星影像RPC参数中包含的整体偏移及区域网内部的扭曲变形,实现了无地面控制点条件下卫星影像平面及高程绝对定位精度的大幅提升。使用覆盖山东全境的330景天绘一号立体卫星影像进行试验,分别以AW3D30、ASTER GDEM和SRTM GL3共3种开源DEM作为控制信息,并使用100个外业实测控制点进行精度评测。试验表明,以DEM作为控制可显著提高区域网平差的平面与高程精度,卫星影像绝对定位精度与DEM自身精度有关。当使用AW3D30作为控制时,可以取得与使用100个外业控制点平差同等精度,平面中误差为5.0 m(约1像素),高程中误差为2.9 m。试验结果证明了DEM替代外业控制点作为平差控制信息的有效性与可行性。     

基准网辅助的大区域卫星影像区域网平差技术

针对目前使用数字正射影像图(DOM)作为控制资料,纠正卫星影像,容易造成几何形变的误差传递的问题,该文提出了构建原始影像基准网,进行大区域卫星影像区域网平差的方法。该方法使用外业控制点作为地面控制资料,激光点云生产的数字高程模型(DEM)数据作为高程资料,利用区域网平差技术解算基准网影像的有理多项式系数(RPC)文件,配合DEM辅助弱连接点检测技术增强基准网的稳健性,而后利用高精度连接点匹配基准网解算同源待平差影像的RPC文件。该文使用该方法建立了基于39景高分二号影像的河南安阳、鹤壁地区的基准网,并对两景新增影像进行平差处理。结果表明,平面中误差为1.6m,达到1∶10 000数字正射影像生产的精度要求,相邻影像之间的几何拼接精度优于1个像素,满足了无缝拼接。     

轨道约束的资源三号卫星影像区域网平差在境外电力选线中的应用

为了快速获取境外电力勘测中的基础地理信息,提出了一种轨道约束的资源三号(ZY-3)卫星影像区域网平差方法,以南苏丹朱巴地区某220 kV架空输电线路选线为例,对比轨道约束与标准景影像立体区域网平差的精度.研究表明,轨道约束的ZY-3卫星影像立体区域网平差是可行的,其在9点布控条件下的平面及高程精度完全满足境外平原地区1:50000成图比例尺的精度要求.依据电力选线相关规程中关于电力选线各阶段的比例尺精度要求,轨道约束的ZY-3卫星影像立体区域网平差的精度能够满足境外平原地区电力选线及初设阶段的平面及高程精度需求.     

SRTM约束的无地面控制立体影像区域网平差

针对SRTM(shuttle radar topography mission)数据在平坦地形或局部区域的高程精度远远高于其标称精度的特点,研究设计了一种无地面控制条件下利用SRTM作为高程约束的立体区域网平差方法。通过构建一个较大范围区域网并匹配密集连接点,将SRTM作为连接点物方高程初值,并在平差解算过程中确保分布于地形平坦区域(根据经验,在该类区域SRTM精度较高)的连接点的物方高程严格趋近SRTM高程,最终实现大范围区域内影像高程精度的整体提升。通过以覆盖湖北省全境的资源三号卫星三线阵立体影像作为试验影像的试验验证表明,采用该平差方案,在无地面控制点条件下资源三号立体影像的高程中误差从7.2m提升到2.0m,其中地形平坦区域高程中误差1.44m,山地区域高程中误差3.0m,达到了我国1∶25 000比例尺测图应用的高程精度要求。     

ICESat激光高程点辅助的天绘一号卫星影像立体区域网平差

无地面控制点（简称无控）区域网平差是实现卫星影像无控测图的一项重要技术,对于境外和外业测控困难区域的测图具有重要意义。然而,无控区域网平差的定位精度一般难以满足对应比例尺测图规范要求。利用公开、可稳定获取的公众地理信息数据辅助区域网平差,是提高卫星影像无控定位精度的有效途径,其中ICESat激光高程点便是一种良好的高程控制数据。为了提高天绘一号卫星影像无控定位精度,本文提出ICESat激光高程点辅助的卫星影像模型法立体区域网平差方法。首先,以30 m分辨率SRTM估算的地形坡度作为限制条件,结合激光高程点自身质量评价信息,自动提取高质量ICESat激光高程点;其次,利用自动匹配的连接点进行模型法自由网平差,实现卫星影像几何定位精度的相对一致性（内部一致性）;最后,将激光高程点自动量测至卫星影像作为控制点,其平面坐标根据自由网平差结果前方交会计算而得,高程坐标取自激光点高程,再次进行区域网平差精化定向参数,提高卫星影像的绝对高程精度。最后本文利用山东全省的天绘一号卫星影像进行试验,验证了本文方法的有效性和可行性。     

卫星遥感影像的区域正射纠正

针对大区域卫星影像正射纠正所面临的问题,提出了利用平面平差的方法来求解卫星影像定向参数然后进行区域正射纠正的策略。该方案能够保证大区域卫星影像正射纠正后绝对定位精度以及相邻影像接边处相对定位精度的一致性。通过资源三号测绘卫星正视全色影像的实验表明,仅利用少量平面精度为5m的地面控制点,大区域影像经过平面平差后独立检查点的平面精度优于7m,满足了我国1∶5万地形图的精度要求。此外,利用平面平差后每景影像的定向参数进行区域正射纠正,相邻影像接边处连接点的像方精度优于0.5个像素,达到了几何上无缝镶嵌的程度。     

基于资源三号卫星影像的区域网平差控制点布设方案研究

以资源三号影像作为试验数据,以全野外像控点测量成果作为区域网平差的地面控制点和检查点,利用PixelGrid软件根据不同的控制点布设方案进行区域网平差,分析不同控制点布设方法对资源三号卫星影像平差精度的影响,探索出既能满足平差精度的要求,又能减少外业工作量的合理布点方案。     

京津冀地区高分一号宽覆盖正射影像生成

针对高分一号宽覆盖1A级影像的大区域正射影像生成后,相邻影像接边精度不高的问题,提出利用数字高程模型(DEM)作为高程约束的平面区域网平差方法提高其对地目标定位精度。通过京津冀地区的高分一号宽覆盖影像的平面区域网平差并进行正射纠正试验,在GOTOPO30 DEM的支持下,采用的区域正射纠正方法和处理流程取得了较好的效果。     

CBERS-02B卫星遥感影像的区域网平差

针对中巴资源一号卫星(CBERS-02B)卫星遥感影像姿态角误差较大的特点,提出了利用区域网平差方法提高其对地目标定位精度的策略和具体计算过程。首先对参与平差的每景影像选取4个地面控制点进行影像姿态角常差检校,然后采用与地形无关方案解求各自的RPC参数,最后选取带仿射变换项的有理函数模型(RFM)进行多重覆盖影像的区域网平差。对两个地区的0级CBERS-02B单条CCD立体影像对的区域网平差试验表明,对地目标定位的平面和高程精度均达到了±3个像元的水平,且高程精度明显优于平面精度。相对于常规的卫星遥感影像区域网平差方法,平面和高程精度均有明显提升,几乎达到国外同等高分辨率卫星遥感影像的几何定位精度。这说明中国卫星遥感影像亦具有较好的几何定位潜力,在区域网平差之前进行系统误差预改正是必要和可行的。     

仅用虚拟控制点的超大区域无控制区域网平差

利用光学卫星影像进行无控制测图是摄影测量追求的目标。针对超大区域无控制测图的需求,本文提出了一种以单景影像为平差单元,基于虚拟控制点的光学卫星影像超大规模无控制区域网平差方法。该方法利用待平差影像的初始RPC模型生成虚拟控制点,并将其作为带权观测值引入平差模型中以改善平差模型的状态,克服了在无控制点条件下平差精度不稳定、误差过度累积引起的网的扭曲变形等问题。为了验证本方法的有效性和精度,利用资源三号卫星获取的覆盖全国的26 406景影像进行区域网平差试验,并利用全国范围内分布的约8000个高精度控制点对平差后自动生产的DOM和DSM产品的几何精度进行验证。试验结果表明,平面和高程中误差均达到了4m以内,同时,区域网内部相邻影像之间的几何拼接精度优于1个像素,满足无缝拼接的要求。     

以SRTM-DEM为控制的光学卫星遥感立体影像正射纠正

针对全球测图缺少统一的控制基准的问题,提出了利用SRTM-DEM作为控制基准,对光学卫星遥感影像进行正射纠正的方法。首先,对光学卫星影像构建的立体影像对进行自由网平差并制作DEM;然后,以SRTM-DEM作为控制,将DEM作为单元模型,进行独立模型法DEM区域网平差,获得单元模型的定向参数;最后,改正立体影像的成像几何模型参数,进行正射纠正。选取湖北咸宁和江西某地两个测区的资源三号数据进行试验,试验结果表明,资源三号正视全色影像的平面定向精度由12.93像素提高到6.85像素。     

资源三号卫星成像在轨几何定标的探元指向角法

从资源三号卫星（ZY-3）影像严格几何模型出发,通过对星敏感器坐标系下各CCD探元指向角的分析,提出一种ZY-3成像在轨几何定标的探元指向角法。经对嵩山和洛阳两个试验区     

资源三号测绘卫星三线阵成像几何模型构建与精度初步验证

资源三号测绘卫星是我国首颗民用高分辨率立体测图卫星,其主要任务是利用三线阵影像实现1：5万立体测图。与采用国外商业卫星遥感影像进行测图相比,建立我国自主的测绘卫星的成像几何模型,进而生产影像产品和测绘产品,是卫星测绘应用的核心技术问题。本文根据资源三号测绘卫星的总体设计,分析了资源三号卫星高精度几何处理的关键问题,结合资源三号测绘卫星几何特性,提出了基于虚拟CCD线阵成像技术的资源三号测绘卫星成像几何模型,并进行传感器校正产品生产。本文利用资源三号卫星第一轨影像大连地区数据,完成了前视、正视、后视的传感器校正产品的生产试验,不同控制点情况下进行了平差试验,初步生产了该地区的数字表面模型（DSM）和数字正射影像（DOM）,并验证了精度。结果表明：在试验区四角布设控制点的情况下DOM平面精度优于3m,DSM高程精度优于2m。试验验证了资源三号测绘卫星成像几何模型的正确性。与国外相近分辨率的卫星相比,资源三号测绘卫星可以达到较高的几何精度。     

轨道约束的资源三号标准景影像区域网平差

考虑到同轨道拍摄的长条带卫星影像具有相同的误差分布特性,针对资源三号的标准景影像产品,提出了基于轨道约束的卫星影像区域网平差方法。首先,根据同轨相邻影像的偏移量计算轨道影像坐标系下的像点坐标;其次,通过同轨每景影像的RFM重新生成轨道影像的RFM,同时生成补偿格网;然后,根据基于像方仿射变换的RFM对轨道影像进行区域网平差;最后,利用求得的轨道影像的仿射变换参数重新计算原始单景影像的仿射变换参数。利用不同地区资源三号测绘卫星影像数据的试验表明,基于轨道约束的卫星影像区域网平差（以下简称轨道平差）在稀疏控制条件下,其精度明显好于单景影像平差的精度。在6控情况下,太行山试验区达到平面2.504m高程3.117m,在渭南试验区达到了平面4.061m高程2.895m。试验结果证明了轨道平差的有效性和可行性。     

利用卫星立体影像生产DEM的关键技术研究

在利用国产资源三号卫星立体影像制作DEM产品过程中,通过遥感手段利用NDVI和NDWI对植被、水域等要素范围边界进行快速提取,实现了数据制作过程中滤波环节准确性和适应性的增强,进而达到了对DEM产品精度提升和制作效率提高的目的。由此形成的技术方案可以为全球地理信息资源建设与应用提供参考。     

激光测高数据辅助卫星成像几何模型精化处理

资源三号02星(ZY-3 02)作为资源三号系列的第2颗卫星,于2016年5月30号成功发射,其主要服务于中国空间基础建设等重大工程,星上搭载了中国首个对地观测试验性激光测高载荷。高程精度作为立体测图的重要指标,达到其精度要求的困难程度远大于平面。在借鉴目前较成熟的卫星影像区域网平差理论的基础上,结合近年来激光测高数据精度的大幅提升以及ZY-3 02星激光测高数据的特点,首次提出了激光测高数据辅助卫星立体影像进行成像几何模型精化处理的通用理论。首先,利用传统的区域网平差算法对所处理影像进行高精度连接点匹配处理,并对其进行无约束的自由网平差处理,获得高精度相对精度及不亚于原始成像几何模型的绝对精度;其次,根据激光测高数据3维坐标和精化后参考影像成像几何模型获取激光数据参考影像坐标;然后,将参考影像坐标通过几何模型映射获取目标影像上待匹配影像坐标,通过连接点匹配算法,对待匹配目标影像坐标进行精化获取高精度像方同名点;最后,以同名点作为高程控制进行区域网平差计算,对影像成像几何模型进一步处理,获取高精度补偿参数。通过湖北、青海两测区的试验,以激光测高数据辅助卫星影像几何模型精化精度可分别达到1.97 m、3.23 m,结果表明本文提出的方法可有效提高卫星立体数据测图精度。     

资源三号和天绘一号卫星影像无控联合平差精度分析

近年来国产卫星传感器类型日益丰富，使用自主可控的国产卫星影像进行生产和研究的需求越来越大，多源国产卫星影像联合平差的精度分析显得尤为重要。本文针对在立体测图生产中，资源三号卫星影像在时相较旧、噪声较大、云覆盖和摄影漏洞等特殊困难的条件下，利用天绘一号卫星影像进行补漏生产的情况，最终分析并验证了两者无控联合平差的可行性和成果精度。