无地面控制点条件下卫星摄影测量的发展与现状

无地面控制点条件下, 卫星摄影测量研究与工程实践是世界各国在该领域中所面临的研究难点之一。本文介绍了在无地面控制条件下光学卫星摄影测量的研究发展和工程实践历程, 并对中国“天绘一号”卫星获取的影像实测结果进行分析, 结果表明, 中国在无地面控制条件下的卫星摄影测量研究与工程实践已居于国际领先地位。     

“天绘一号”卫星工程建设与应用

概括“天绘一号”卫星工程的建设历程和卫星系统的使命任务;介绍了卫星系统和相机载荷的能力与技术参数;重点阐述了“天绘一号”卫星无地面控制条件下的摄影测量关键技术, 包括LMCCD相机体制、航天摄影测量相机参数在轨标定技术以及无地面控制点条件的三线阵EFP影像平差技术等的运用, 通过工程实践, 达到了工程技术指标要求;最后介绍数据应用情况, 提出“天绘一号”卫星的发展设想, 为了解“天绘一号”卫星工程提供了基本参考。     

“天绘一号”卫星无地面控制点EFP多功能光束法平差

无地面控制点卫星摄影测量是实现全球测绘的有效手段。实现无地面控制点摄影测量主要途径包括:一是卫星姿态稳定度达到1×10^-6(°/s);二是高精度的姿态测定系统;三是摄影测量光束法平差处理。以往受制于技术等因素, 实现无地面控制点摄影测量只能依靠摄影测量光束法平差技术。“天绘一号”卫星研发了集相机在轨标定、全三线交会光束法平差、角元素低频误差补偿及偏流角效应改正为一体的EFP多功能光束法平差技术, 并通过“天绘一号”卫星影像数据对该技术进行了验证。实验结果表明:无地面控制点定位精度达到10.3 m/5.7 m(平面/高程), 满足测制1:5万比例尺地形图精度要求     

基于卫星平台的三线阵影像立体测绘方法研究

利用三线阵CCD（Charge Coupled Device）航天摄影测量技术实施无地面控制点条件下对地球及其他星球的测绘,实现对目标的三维高精度定位,是目前航天摄影测量与遥感领域的研究热点。本文针对三线阵CCD相机的成像原理和特点,研究了基于卫星平台的三线阵影像立体测绘方法,分析了卫星总体参数等对测绘精度的影响。同时,根据我国航天技术的现状和无地面控制点条件下的测绘精度要求,提出并简要论述了传输型卫星摄影测量系统的技术要点。主要研究内容和研究成果归纳如下：     

《乾舆岁月——王任享院士文集》内容简介

正王任享,中国工程院院士,现任总参测绘研究所研究员,长期致力于我国卫星摄影测量的理论研究与工程实践。《乾舆岁月——王任享院士文集》是王任享研究员的部分论文选编,以卫星摄影测量所涉及的重要理论和关键技术为主线,首先介绍了无地面控制点条件下光束法平差、相机参数在轨标定及精度估算等内容,然后介绍了"嫦娥一号"摄影测量中的关键技术点,最后介绍了粗差定位、数字摄     

天绘一号无地面控制点摄影测量

介绍天绘一号卫星无地面控制点条件下摄影测量过程中关键技术,包括相机在轨标定、等效框幅像片(EFP)多功能光束法平差、角元素低频误差补偿以及偏流角效应的处理等,并给出了由生产单位提供的利用EFP多功能光束法平差软件的处理成果。大量处理结果表明,无地面控制点目标定位精度达到工程技术指标,精度达到美国SRTM水平。此外,文中还列出了有控制点目标定位的若干成果。     

无地面控制点卫星摄影测量高程误差估算

本文推导了星载测定外方位元素参与下,无地面控制点卫星摄影测量高程误差估算公式。分别按姿态变化率为1 0 -6°/s的二线阵CCD推扫式影像、姿态变化率低于1 0 -6°/s的二线阵CCD推扫式影像以及LMCCD推扫式影像进行推算。各个估算公式均给出算例,供设计无地面控制卫星摄影测量工程应用。     

本期导读

在轨卫星无地面控制点摄影测量探讨(王任享,等)一文认为,摄影测量卫星采用商用级星敏感器构成的测姿系统,其姿态测量存在不可忽视的低频和"慢漂"系统性误差,使得经过在轨标定后的星敏感器和三线阵CCD相机安装角转换参数产生额外的增量dφC、dωC、dκC。在一条航线内,这些增量可视为常量,依靠其在立体模型上表现的上下视差规律,在无地面控制点条件下,通过在光束法平差中增加对dφC、     

LMCCD相机影像摄影测量首次实践

LMCCD相机作为天绘一号卫星的有效载荷,是保证其实现无地面控制点摄影测量精度的关键。本文分别利用LMCCD影像和三线阵CCD影像对天绘一号卫星的相机参数进行了在轨标定计算,并利用各组在轨标定结果对定位精度（重点对高程误差）进行了统计分析。试验结果表明：与单纯的三线阵CCD影像的相比,LMCCD影像在相机参数在轨标定中能有效抵御因卫星姿态变化率导致的光束法平差航线系统变形问题,在天绘一号现有姿态变化率水平条件下,利用LMCCD影像进行相机参数在轨标定可保证天绘一号01星实现无地面控制点摄影测量精度要求。     

无地面控制点卫星摄影测量探讨

为解决无地面控制点的卫星摄影测量(简称无控定位)这一国际难题,对国外具有代表性的几个"全球连续覆盖模式"光学摄影测量卫星的主要技术参数特征以及无控摄影测量模式、技术措施等方面进行了系统归纳,尽管各系统在无控定位上作了种种努力,但与美国1∶50 000比例尺制图标准(水平位置误差12m,垂直高程误差6m)相比,都存在一定距离,该文认为其不足的关键在于对星敏感器测姿误差的处理上。该文还特别介绍了天绘一号卫星工程达到这一标准的主要学术与技术措施,并列举了国内外检查点检测精度一致性的实例。     

Principle, software and experiment of GPS-supported aerotriangulation

1 IntroductionAs is now well known, the high accurate point de-termination with airborne remOe sensing data hasalways ben one of the most fundaxnental prObletns..in aerial photOgrammtry. According to the princi-ple of the geOmtry reversal in photOgramrntry,the interior and exterior orientation elements ofaerial phOtOgraphs must first be known in order toreconstnJct the measuring stereo geometric medels.For the past 60 years, however, the interior orienta-tion parameters of carnera were main…     

基于已知定向参数影像的光束法区域网平差

从自检校光束法区域网平差模型出发,建立了利用同一地区已知定向参数的影像解求新获取影像外方位元素并进行目标定位的数学模型。以此为基础,对来自某地区相隔两年的三期不同摄影比例尺航空影像两两组合地进行联合光束法区域网平差。结果表明,当两期影像比例尺相近时,所解求的新影像外方位元素和加密点坐标精度基本达到常规光束法区域网平差的精度;当两期影像比例尺不同时,利用已知定向参数的大比例尺影像解求出的小比例尺影像的外方位元素和加密点坐标可满足现行规范精度要求,利用已知定向参数的小比例尺影像去解求大比例尺影像的外方位元素和加密点坐标精度明显下降且不可用。本文的研究证实,就同一地区的多时相航摄影像而言,利用已知定向参数的影像进行新影像的定向方法是可行的。     

海岸带潮汐模型支持下的光束法区域网空中三角测量

针对海岸带和海岛(礁)稀少控制区域的摄影测量定位问题,结合海道测量学理论,提出了一种潮汐模型支持下的光束法区域网空中三角测量方法。该方法首先根据摄影时间利用精密潮汐模型计算摄影瞬间水边线上各点的高程值,然后引入水边线上这些高程已知的点,和其他控制点以及连接点一起参加平差,精确确定摄影时影像的空间方位。实验表明,该方法能够提高海岸带和海岛(礁)稀少控制区域岛(礁)、滩涂等要素的几何定位精度。     

THOUGHTS ON MAPPING BY PHOTOGRAMMETRY

Topics of immediate practical interest formed the basis of the Address. Particular emphasis was placed upon problems of point transfer, pre-marking of ground control points, aerial triangulation by observation of independent models, and the status of photogrammetric operators.     

区域网平面平差超控外推定位技术验证

以资源三号卫星影像数据为例,基于RPC模型提出利用SRTM辅助的卫星影像区域网平面平差的方法进行超长距离控制外推,来提高无控地区的影像几何定位精度。试验表明,影像原始RPC直接定位精度含有明显的系统误差。在起算影像区域内布设一个控制点进行区域网平面平差,沿轨外推11景(491.62 km)、垂轨外推6景(282.36 km)后,相比原始影像13.335 m的平均定位精度,其外推区域影像的几何定位精度可优于7.5 m,无控区域的整体定位精度有明显提升,验证了该方法的有效性。     

利用多探测任务数据建立新一代月球全球控制网的方案与关键技术

目前广泛应用的月球统一控制网2005（Unified Lunar Control Network 2005,ULCN2005）是由1994年的克莱门汀（Clementine）影像和之前的遥感数据联合平差构建的。提出利用21世纪获取的分辨率更高、精度更好的多探测任务数据,建立新一代月球控制网的方案与关键技术。该方案基于全球覆盖的月球遥感影像与激光高度计数据的联合平差,同时利用在月球轨道侦察器窄角相机影像上能高精度定位的绝对定位精度在厘米级的5个激光棱角反射标志点作为绝对控制。此外,还通过新的无线电测量方法对嫦娥三号着陆器进行高精度定位,将其定位结果也作为一个新的绝对控制数据。新一代控制网构建的重点有高精度的轨道器严密及通用成像几何模型的构建、多任务多模态数据间的多尺度特征提取与匹配、最优化多重覆盖影像的选择、全月球整体平差等。基于新的数据和技术,新一代月球控制网的精度和点的密度有望远超ULCN2005。     

DEVELOPMENTS WITH THE COBLO BLOCK ADJUSTMENT PROGRAM

In spite of the striking progress in block adjustment techniques, it is widely assumed that their application continues to be out of reach for a large part of the photogrammetric community that cannot afford expensive computer systems. The COBLO program performs rigorous block adjustment with models and can be implemented even on inexpensive microcomputers. The first COBLO versions are in operation in several places in South America and Europe and the latest versions, which are considerably more efficient, are now being introduced. This paper describes the main features of different COBLO versions and presents the experience of some users.     

基于PPP的无地面控制GPS辅助空中三角测量研究

介绍在无地面控制的情况下,采用将精密单点定位技术获取的摄站点坐标作为控制点进行光束法区域网平差的方法。并在SWDC数码航测系统支持下,结合桂林地区的航摄资料进行相关试验,试验结果表明,无地面控制的GPS辅助空中三角测量可以满足中小比例尺成图的加密要求。     

侧视雷达影像距离-共面模型严密定位

本文对现有侧视雷达遥感影像的几何构像模型在摄影测量应用中的不足进行了理论分析,以外方位元素作为定向参数,依次建立了像点坐标显函数形式的距离-共面(R-Cp)方程、地心直角坐标系中星载侧视雷达影像的距离-共面方程、以及星载侧视雷达遥感影像的严密定位模型,并进行了稀少控制点条件的星载TerraSAR-X影像定位试验。理论和试验表明,本文所建立的R-Cp严密定位模型,使得雷达影像像点量测坐标作为摄影测量观测值的属性得到体现,容易吸收和利用光学遥感影像基于共线方程模型发展起来的成熟的数字摄影测量数据处理方法,有利于提高雷达遥感影像摄影测量数据处理的严密性、稳定性、可靠性及数据处理效率。     

Determination of Phobos’ rotational parameters by an inertial frame bundle block adjustment

A functional model for a bundle block adjustment in the inertial reference frame was developed, implemented and tested. This approach enables the determination of rotation parameters of planetary bodies on the basis of photogrammetric observations. Tests with a self-consistent synthetic data set showed that the implementation converges reliably toward the expected values of the introduced unknown parameters of the adjustment, e.g., spin pole orientation, and that it can cope with typical observational errors in the data. We applied the model to a data set of Phobos using images from the Mars Express and the Viking mission. With Phobos being in a locked rotation, we computed a forced libration amplitude of \(1.14^\circ \pm 0.03^\circ \) together with a control point network of 685 points.