一种更严密的双介质立体摄影测量折射改正算法

提出一种更严密的双介质立体摄影测量物方坐标折射改正算法。该算法用水下目标的空中同名直线光线公垂线段的中点作为摄影测量交会点的理论位置,解决了空中同名直线光线延长线不相交情况下摄影测量交会点不存在导致的点位关系不确定性问题,使摄影测量交会点到真实物点的坐标折射改正公式能够严格推导出来。分析了空中同名直线光线不相交情况对物方大地坐标折射改正的不利影响,研究了摄影测量交会点与水下真实物点的相互位置关系,推导了水下目标点的水深和大地坐标计算公式(即折射改正公式),通过WorldView-2立体影像浅海海底地形测量试验对算法的正确性和测量精度进行验证。研究表明,不论水下目标的空中同名直线光线延长线是否相交,该算法都是适用的,且能显著改善水下目标的高程测量精度。     

主被动光学卫星遥感数据融合浅海水深测量

针对双介质立体摄影测量中水面高程不确定性带来的测深误差,本文提出了主被动光学卫星遥感数据融合浅海水深测量的技术路线,探讨了主动ICESat-2激光测高数据与被动WorldView-3立体像对数据融合的测深模型。首先通过ICESat-2激光测高数据提取海面高程作为WorldView-3立体像对数据水面高程纠正的起算位置,然后利用区域网平差的二次多项式加入适当的水深改正量。在我国南海岛礁开展了主被动光学卫星遥感数据融合进行浅海水深测量试验。结果表明,主被动融合测深模型的均方根误差(RMSE)小于0.70 m,实现了高精度、无实测控制点的浅海水深测量。     

高分辨率卫星立体双介质浅水水深测量方法

提出了一种基于高分辨率卫星多光谱立体像对的浅水水深测量方法。该方法利用多光谱近红波段消除太阳耀斑,以有理函数模型(RFM)构建测区原始DEM,通过水陆边界内插获得水面高程,并采用双介质近似折射改正模型消除目标点垂直坐标偏移。试验表明,本文的模型方法和处理流程在水面平静、底质纹理丰富的浅海岛礁水深反演中能取得优于20%的相对测深精度,可为浅水水深测量提供新手段。     

POS数据用于双介质水下地形摄影测量的研究

本文以双介质摄影测量的基本公式为基础、海水为介质,利用POS数据进行双介质水下地形摄影测量研究。文中介绍了机载POS系统及双介质摄影测量基本公式,论述了海水折射率和由折射引起的高程改正系数的求解,提出了双介质相对定向和直接定向的计算方法,最后用模拟数据进行验证。     

紫金矿区"资源三号"卫星立体影像提取DEM精度评价

作为我国首颗高分辨率立体测绘卫星,"资源三号卫星"(ZY-3)为大区域立体测绘提供了可能.以紫金矿区为研究区,利用ZY-3立体影像提取数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),评价了山区地形条件下该卫星的立体测绘能力.结果显示,无地面控制点情况下DEM精度在20 m以内,1个控制点便可以将DEM的精度提高至5.2 m,3～5个控制点可使DEM的精度达到4.8 m.分析3～8个控制点生成的DEM的精度,结果显示,单个检查点的系统误差对总误差影响较大,随机误差对总误差贡献较小.在有控制点的情况下,ZY-3立体影像能够满足山区地形1:50000 DEM测绘的精度要求.     

利用外部DEM辅助山区SAR立体像对匹配及地形制图

SAR立体像对的匹配是利用雷达摄影测量技术提取地形高程信息的关键,匹配精度将直接影响结果 DEM的高程精度。针对山区SAR立体像对匹配过程中同名点选取困难的问题,引入外部粗分辨率DEM作为辅助数据,将该DEM高程转换为视差,为匹配提供初值,同时采用金字塔匹配策略,不仅可以缩小搜索范围,提高搜索效率,而且能够减少粗差的产生。试验结果表明,采用外部DEM辅助之后,匹配粗差点数量相对于传统的雷达摄影测量处理结果明显减少,从而有效地提高了高程信息提取重建的精度。     

低空无人机双介质水下礁盘深度测量试验与分析

以双介质摄影测量原理为基础,利用海岛无人机影像开展了航空双介质摄影测量试验与分析。首先简单介绍了双介质摄影测量原理,论述了双介质摄影测量对海水折射率的精度要求,提出了一种解算高程改正系数方法,在此基础上开展了基于某岛低空无人机影像的双介质水下礁盘深度量测试验。试验表明,航空双介质摄影测量在实际应用中是可行的,对航空摄影条件要求比较高。     

嫦娥三号导航相机测图能力分析及地形重建

基于立体相机成像模型并结合相机参数对嫦娥三号导航相机3维测图能力进行分析,利用摄影测量原理和误差传播定律对巡视器30 m范围内的DEM精度进行了理论分析,推导出导航相机立体影像获得的采样点精度公式,并绘制了DEM的平面精度图和高程精度图;同时使用多线程技术开发了基于导航相机立体影像的地形快速重建算法,利用多线程技术完成影像的特征匹配和密集匹配,并通过分块内插生成DEM。该技术应用于嫦娥三号任务中,有力地支持了嫦娥三号遥操作路径规划相关任务。     

DEM融合算法及其在困难地区测图中的应用

对于我国西部高山区,如横断山脉,高程起伏明显,常年被云雾覆盖,日照稀少,采用传统方法进行地形图测绘存在较大困难,依赖单一方法获取的DEM往往难以满足测图的精度要求。为充分利用不同传感器和不同方法生成的DEM的优点,本文根据各方法的特点,结合小比例尺地形图中低精度的DEM,基于绝对精度等先验知识确定优先级别、相关/干系数确定融合权重,提出了一种包括雷达干涉测量、光学立体摄影测量、不同侧视方向像对雷达立体测图生成的四种多源DEM的像素级融合算法。在横断山脉地区使用所提融合算法进行了实验,获得了一个总体精度得到提高的无缝DEM,实验结果表明新算法为地形复杂的测图困难地区DEM获取提供了一种可能的解决方案。     

地形改正在GPS高程拟合中的应用研究

研究在RTK测量中,利用准确的似大地水准面,参考DEM模型数据,求解地形改正,达到提高GPS拟合高程精度的目的.试验结果表明:在丘陵和山地地区,应用地形改正能有效提高GPS拟合高程精度,为提高GPS拟合高程精度、充分利用GPS拟合高程、提高工作效率开辟了新的途径.     

利用高分辨率立体测绘影像进行中小比例尺地貌要素更新

利用高分辨率立体测绘卫星遥感影像进行地貌更新,因其覆盖面积大、更新周期短等优势,在中小比例尺地貌要素更新中具有极大的应用潜力。本文分别利用WorldView-2和资源三号卫星影像,探索基于高分辨率立体测绘卫星影像的中小比例尺地貌更新技术方案流程,并在不同的试验区开展试验验证。试验结果表明：本文方法能够满足1：50 000比例尺地形图地貌更新精度要求,更新效率提升了约25%。     

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。     

Through-Water Close Range Digital Photogrammetry in Flume and Field Environments

Measurement of the structure of gravel-bed river surfaces is crucial for understanding both bed roughness and the sediment entrainment process. This paper describes the use of close range digital photogrammetry to measure and monitor change occurring in submerged river gravel-beds in both flume and field environments. High-resolution digital elevation models (DEMs) were obtained and two-media (through air and water) techniques were used to correct for the e.ects of refraction at the air/water interface. Although suitable refractive models have been developed, the use of proprietary software to generate DEMs automatically introduces the problem of how to re-establish collinearity. A simple refraction correction algorithm based upon analytical geometry was developed and is described. This algorithm was designed for use after initial DEM acquisition and allows any photogrammetric software package to be used for data acquisition. Application of this algorithm led to improvements in DEM accuracy by reducing the systematic, depth-dependent bias caused by refraction
Research carried out in a flume environment allowed the algorithm to be tested by measuring a flooded and drained bed surface. Non-systematic differences between the "dry" and "wet" DEMs arose from reductions in stereomatching success in the two-media case. This effect was thought to be due to light attenuation and the introduction of residual parallax. Results suggest that close range digital photogrammetry can be used to extract high quality DEMs of submerged topography in both flume and field fluvial environments, which represents a particularly exciting development for fluvial geomorphologists     

DEM支持下WorldView-2影像的单片定位

WorldView-2卫星是高分辨率遥感影像发展的一个重要里程碑。探索了DEM支持下,分别基于严格物理模型和有理函数模型的WorldView-2影像单片定位原理和过程,并以某地区WorldView-2影像及其对应的1∶10 000 DEM作为试验数据,对比研究了在不同控制条件下,基于严格物理模型的单片定位、基于有理函数模型的单片定位以及基于有理函数模型的立体定位的定位结果。     

全景立体视觉的快速近区重力地形改正方法

重力地形改正是区域重力测量工作中的一个关键步骤,目前重力地形改正的主要挑战是如何快速地重建测站附近高精度的三维地形。本文提出了一种基于全景立体视觉和摄影测量技术的快速近区重力地形改正方法,设计和开发了相应的快速测图系统。为了使该系统硬件尽量小型化并满足精度需求,我们进行了系统的理论精度分析和设计优化。所开发的研究系统可以从获取的全景立体图像自动生成DEM并计算重力地形改正值。该系统已经过野外多站多种地形的实验验证,结果表明其效率和精度明显优于传统的野外测量方法。     

Improved coastal wetland mapping using very-high 2-meter spatial resolution imagery

Accurate wetland maps are a fundamental requirement for land use management and for wetland restoration planning. Several wetland map products are available today; most of them based on remote sensing images, but their different data sources and mapping methods lead to substantially different estimations of wetland location and extent. We used two very high-resolution (2 m) WorldView-2 satellite images and one (30 m) Landsat 8 Operational Land Imager (OLI) image to assess wetland coverage in two coastal areas of Tampa Bay (Florida): Fort De Soto State Park and Weedon Island Preserve. An initial unsupervised classification derived from WorldView-2 was more accurate at identifying wetlands based on ground truth data collected in the field than the classification derived from Landsat 8 OLI (82% vs. 46% accuracy). The WorldView-2 data was then used to define the parameters of a simple and efficient decision tree with four nodes for a more exacting classification. The criteria for the decision tree were derived by extracting radiance spectra at 1500 separate pixels from the WorldView-2 data within field-validated regions. Results for both study areas showed high accuracy in both wetland (82% at Fort De Soto State Park, and 94% at Weedon Island Preserve) and non-wetland vegetation classes (90% and 83%, respectively). Historical, published land-use maps overestimate wetland surface cover by factors of 2–10 in the study areas. The proposed methods improve speed and efficiency of wetland map production, allow semi-annual monitoring through repeat satellite passes, and improve the accuracy and precision with which wetlands are identified.     

基于PCI2012系统的WorldView-2立体影像DEM自动提取方法研究

利用航天遥感卫星立体影像自动提取数字高程模型是当前研究的热点之一,PCI2012系统则是常用的遥感卫星影像处理系统。PCI2012系统在自动提取DEM时应用所采用的影像校正模型主要有通用成像模型和严格物理模型两种模型。本文基于PCI2012系统,利用WorldView-2立体影像数据,对同一地区分别采用以上两种不同的校正模型提取DEM,对获取的DEM精度进行了对比,并分析了影像DEM精度的主要因素。     

资源三号测绘卫星影像平面和立体区域网平差比较

针对弱交会条件下卫星遥感影像区域网平差无法正确求解的问题,本文提出了利用数字高程模型（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的策略。首先,选取带仿射变换项的有理函数模型（RFM）作为卫星影像平面区域网平差的数学模型。其次,在平差过程中更新连接点的地面坐标时仅求解地面点的平面坐标,高程值利用DEM进行内插获得。最后,在布设少量控制点的情况下通过平面区域网平差求解所有参与平差的卫星影像定向参数和连接点的地面平面坐标。利用两个地区的资源三号正视影像的平面区域网平差以及前正后三视影像的立体区域网平差的对比试验表明,对于资源三号卫星影像在1:50000DEM的支持下,平面平差可以达到和立体平差相当平面精度。对于近似垂直正视的资源三号影像,全球1km格网的DEM和90m格网的SRTM可以取代1:50000DEM作为高程控制,平面精度几乎没有损失。最终,试验结果证明了平面区域网平差方法的有效性和可行性。     

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。