利用ICESat-2激光测高监测长江三峡水位变化

为了利用ICESat-2卫星激光测高数据监测长江三峡水位变化,该文利用ICESat-2卫星的全球内陆水体高程数据(ATL13),提取水面激光足迹点并剔除高程异常值和系统误差,对长江三峡流域重庆市巫山县至湖北省宜昌市的水位变化进行了研究,并利用水文站的实测水位对结果进行了验证。结果表明,长江三峡水位具有明显的季节变化,上半年水位降低,下半年水位升高。通过与实测水位对比分析,其平均误差为0.10 m,均方根误差为0.12 m,相关系数为0.999。表明ICESat-2激光测高数据可以高精度地监测长江三峡的水位变化。     

利用机载点云检核ICESat-2/ATLAS激光测高数据精度

美国第2代激光测高卫星ICESat-2已经公开发布数据,能够提供剖面状密集点云,但其平面/高程精度还未得到充分验证。全球开源DEM或卫星光学立体影像生成的DEM精度远低于星载激光测高数据,无法实现激光精度检核。本文使用机载激光雷达/光学立体影像数据开展ICESat-2卫星ATLAS精度验证,通过单光子点云去噪、剖面地形恢复和数据内插等手段,对国内舟山、上海和汉中等不同地形条件下的星载光子计数激光雷达数据进行对比分析。实验结果表明, 6组ATLAS点云高程的均方根误差分别为0.43、0.65、0.72、0.53、0.45和0.77 m,平均值达到0.59 m,具备较好的高程精度。     

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。     

卫星激光测高严密几何模型构建及精度初步验证

采用星载激光测高仪辅助提高卫星立体影像几何定位精度特别是高程精度,已经得到了航天摄影测量界的重视,计划于2018年发射的高分七号卫星上将同时搭载光学立体相机和激光测高仪。虽然,已有相关文献针对美国的ICESat(Ice,Cloud,and land Elevation Satellite)卫星上搭载的地球科学激光测高系统(Geo-science Laser Altimeter System,GLAS)的几何模型和产品精度作了相关介绍,但对其严密的几何定位模型和精度验证目前还没有系统性的阐述。本文较全面地对激光测高卫星的严密几何模型进行了构建与精度分析,并选择ICESat/GLAS的0级辅助文件,采用严密几何模型重现了2级产品的生产过程。将本文计算的结果与ICESat/GLAS的结果进行了对比分析,其中基于几何模型的高程误差约11 cm,平面误差在3 cm以内,表明所提出的严密几何模型的正确性,同时采用新发射的资源三号02星的激光测高数据进行了初步处理和验证。相关结论可为国产高分后续卫星的激光测高数据处理提供参考。     

卫星测高技术在鄱阳湖水面高获取中的应用

卫星测高作为空间大地测量的前沿发展技术,可以精确获取海平面高、湖泊水面高和平坦地高程。以ICESat激光卫星测高为例,提出利用ICESat卫星测高技术获取鄱阳湖水面高的数据处理方法和技术路线,首次采用EGM 2008模型和江西省二等水准拟合模型相结合的数据处理方法,将卫星测高获取成果转换至1985国家高程基准,与水文站实测水位数据相统一,提高了卫星测高的精度,并通过与其他方法获取的水面高数据进行比对,证明该方法的正确性和技术路线的可靠性,为鄱阳湖水面高获取提供了精确的检核数据和多源数据。     

一种异源主被动遥感图像立体成像技术

建立了一套异源主被动遥感立体成像处理的技术方法,通过CCD和SAR遥感器的几何模型构建精化,异源图像同名特征高精度自动匹配,以及在此基础上的主被动遥感立体成像模型合理化构建解算,全链路高程误差传播规律分析等关键技术的攻克,将成像机理完全不同的、具有共同重叠区域的多幅CCD和SAR遥感影像数据纳入到统一的立体构像处理体系中,充分发挥了CCD和SAR载荷的互补优势,摈弃了传统同源立体对数据源的苛刻限制。通过试验对该方法进行了验证。试验证明,利用星载3mSAR和1m CCD数据可获得平面20m以内、高程30m以内的立体定位精度。     

激光测高卫星ICESat-2监测太湖水位精度评价

针对ICESat-2卫星激光测高数据监测陆地湖泊水位精度问题,该文以太湖为例结合水位站实测数据评价ICESat-2/ATL13湖泊水位测高精度.根据湖泊矢量边界提取湖泊激光足印点;采用中位数绝对偏差方法剔除沿轨湖泊高程异常值,得到沿轨有效激光高程点并求其均值作为沿轨湖泊水位值;基于ATL13数据分析太湖水位变化.实验结果表明:ATL13湖泊水位相对测高精度优于3 cm,绝对测高精度优于6 cm;ATL13测高水位与太湖实测水位月变化趋势基本一致,两者相关性较高,相关系数达0.96以上.     

海底底质分类支持下的WorldView-3多光谱影像浅海海域水深反演

近几十年来,基于遥感影像进行水深反演一直是国内外学者研究的热点。本文使用WorldView-3高分辨率卫星影像,结合卫星测高数据,以中国海南岛附近的蜈支洲岛及其附近海域为主要研究区域,在进行数据预处理、底质分类之后,分别通过多元线性回归模型、Stumpf对数比值模型和BP神经网络集中对岛屿周围0～20 m水域的水深进行反演和结果分析。结果证明,对这3种模型而言,在进行底质分类之后精度都会明显提升。其中,BP神经网络反演水深精度最高(均方根误差范围为0.2～0.7 m),多元线性回归模型次之(均方根误差范围为0.3～0.8 m),对数比值模型精度最低(均方根误差范围为0.6～1.1 m)。     

WorldView-2影像双介质摄影测量的浅海地形测绘试验

主要研究利用高分辨率WorldView-2卫星影像和双介质立体摄影测量方法进行浅海地形测绘的可行性,同时解决双介质立体摄影测量精定位算法(即折射改正算法)适用性差的问题。首先依据通用的双介质物像几何关系,提出了一种普适的双介质立体摄影测量折射改正算法;然后以海南省三沙市甘泉岛、珊瑚岛周围浅海区域为试验场,利用两个地区的WorldView-2立体影像,运用双介质立体摄影测量方法进行了浅海地形测绘试验。试验成功提取到了两个地区浅海海底的数字高程模型(DEM)。其中,甘泉岛地区的浅海DEM精度达到2.08 m(剔除其中的高程异常点后的结果)。研究表明:提出的折射改正算法,无论"空中同名光线延长线是否相交"都是适用的,且能改善浅海地形测绘精度。在水体清澈、无海浪情况下,利用相应的WorldView-2立体影像和双介质立体摄影测量方法进行浅海地形测绘是可行的。     

高原山区WorldView-2和GeoEye-1立体像对定位精度研究

随着光学高分辨率卫星传感器的发展,新型传感器能够提供分辨率高且基高比大的立体像对以获取高精度的DEM。本文以高原山区同一区域的WorldView-2和GeoEye-1影像为数据源探索两种卫星立体像对定位精度的共性及差异。试验结果表明,在无控条件下WorldView-2影像平面精度优于GeoEye-1影像,而GeoEye-1影像高程精度优势明显。有控制点时,1~2个控制点可以大大提高WorldView-2和GeoEye-1卫星的影像定位精度:WorldView-2平面和高程平均误差分别为1 m和3 m,GeoEye-1平面和高程平均误差均小于2 m。继续增加控制点对定位精度提高不明显,有理函数模型具有与严格物理模型几乎一致的精度,但严格物理模型高程精度相对较高。控制点不均匀分布时,严格物理模型的定位精度变化明显,而有理函数模型定位精度波动较小。     

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。     

国产单线阵遥感卫星异轨立体定位精度验证

首先介绍了目前主流立体测图卫星的立体成像模式以及立体数据处理中的关键技术;然后利用国产高分辨率光学遥感卫星遥感26号和遥感28号的异轨立体数据进行了基于有理函数模型(RFM)的立体平差实验。实验结果表明,在带控制点的条件下,单线阵遥感卫星异轨立体像对可取得亚m级的平面定位精度和优于2 m的高程精度。     

ICESat-2与Sentinel-2数据融合的深度学习浅滩水深测量

目前卫星测深(SDB)被广泛应用于近海岸水深测量,然而常用的经验模型较简单,无法适用于各类复杂浅滩环境。为突破传统方法的局限性,本文提出一种ICESat-2与Sentinel-2数据融合的深度学习浅滩水深测量方法。以美国密西西比州猫岛(CI)、巴克岛(BI)为研究区,利用ICESat-2提取先验水深点,再基于Sentinel-2数据训练一维卷积神经网络(1-DCNN)以获取研究区水深图;同时采用波段比值模型(BR)、随机森林(RF)和多层感知器(MLP)作为对比方法进行精度定量分析发现,本文方法在CI、BI测得水深的均方根误差和决定系数分别为0.20 m、0.94和0.95 m、0.95,精度验证优于其他方法,因此该方法提高了水深反演精度。     

南极查尔斯王子山脉1∶50000基础地理信息获取方法

南极查尔斯王子山脉实地科学考察的顺利开展需要该区域1∶50 000基础地理信息数据作为支撑。国产高分辨率资源三号立体影像为基础地理信息数据的获取提供了必要的遥感数据支持。充分利用资源三号立体数据,在冰、云和陆地高程卫星(the ice,cloud,and land elevation satellite,ICESat)上的地学激光测高系统(Geoscience Laser Altimeter System,GLAS)等多源遥感信息的辅助下,制作了南极查尔斯王子山脉1∶50 000基础地理信息成果,并对其进行了精度分析。分析结果表明,数字高程模型(DEM)的高程精度优于5.31m,数字正射影像图(DOM)成果与南极洲陆地卫星影像镶嵌图比较的较差中误差为16.30m。因此,在南极地区利用资源三号立体数据集成各种遥感数据制作1∶50 000基础地理信息成果是高效实用的。     

资源三号02星激光测高误差分析与指向角粗标定

2016年5月30日,中国成功发射了民用三线阵立体测图卫星资源三号02星,该卫星搭载了中国第一个用于对地观测的激光测高试验性载荷。资源三号02星在轨运行以来获取了多轨测高数据,为保证其测高数据的有效应用,需分析影响测高精度的各项误差来源,并通过一定的方法予以消除或减弱。首先根据卫星激光测高严密几何模型分析资源三号02星激光测高的各项误差来源,分析表明激光指向角对激光测高精度的影响相对较大;构建通过已有大范围地形数据进行激光指向角粗标定的数学模型,并利用已有公开地形数据（AW3D30 DSM）对激光指向角进行粗标定,从而提高激光足印定位精度。实验结果表明,利用已有地形数据对指向角进行粗标定后,能将激光测高精度从几十米提高到3 m以内,验证了卫星激光测高误差分析的合理性和利用已有地形数据修正激光指向角的数学模型的有效性,为消除卫星激光测高粗差提供了参考,能为星载激光测高外场在轨检校工作提供支撑。     

资源三号02星激光测高数据质量分析

近几年来,中国的对地观测卫星激光测高技术发展较快,资源三号02星上搭载了国内首台对地观测的卫星激光测高试验载荷,在后续的高分七号、陆地生态系统碳监测卫星上均装备业务化应用的激光测高仪,开展国产对地观测卫星激光测高数据质量分析研究非常必要,能有效填补国内空白并推动相关技术发展。本文对资源三号02星载荷的激光测高数据进行了严密几何处理,重点从夜间观测、卫星小角度侧摆、海面区域等不同条件下的数据质量进行了分析,对数据的平均可用率进行了统计分析。试验表明,资源三号02星激光测高仪能获得约30%有效测高数据,在夜间数据有效利用率略有提高,在大型水面也能获得有效数据,经后处理后在平坦地区验证的绝对高程精度优于1.0 m,部分点高程精度优于0.5 m,硬件本身的测距精度和卫星姿态测量误差是主要的误差源。相关结论对于后续国产卫星激光测高载荷的研制以及数据后处理和应用具有参考价值。     

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星搭载了中国首个对地观测试验性激光测高载荷。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资源三号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;而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。     

利用WorldView-3立体影像生产1∶2000比例尺3D产品

立体卫星影像在覆盖范围、重访周期、测绘产品更新速度、数据获取成本等方面较传统航空影像有着较明显的优势。WorldView-3是迄今全球空间分辨率最高的商业遥感卫星,全色波段分辨率0.31m,能获取同轨立体像对,理论上可代替传统航空影像用于大比例尺测图。本文以北京市石景山区和通州区的两个WorldView-3立体像对为数据源,确定了一整套制作1∶2000比例尺3D产品的技术流程,具体包括数字线划图(Digital Line Graphic, DLG)、数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)和正射影像图(Digital Orthophoto Map, DOM),验证了3D产品的精度,成图结果符合国标精度要求,并为生产作业中控制点布设方案、密集匹配算法选取等提供了参照和解决方案。     

基于广义卫星立体像对的数字高程模型提取研究

立足摄影测量立体成像基本原理,提出了基于高分辨率卫星遥感影像广义立体像对的数字高程模型提取,阐述了该工艺的流程和关键算法,评估分析了控制点数量对广义立体像对模型定位精度的影响,并成功基于不同传感器获取的高分辨率卫星遥感影像提取了符合1:5000标准比例尺的数字高程模型.该方法能够降低当前数字高程模型制作所需数据源的成本,具有一定的工程化应用前景,能为数字高程模型的规模化快速获取和更新提供支撑.     

结合底质分类与SVR算法的多光谱影像测深

针对目前遥感水深反演方法都是以海底底质均匀为前提而缺乏对混合海底底质研究的问题,提出了一种结合底质分类与SVR算法的水深反演模型。利用WorldView-2多光谱遥感影像对南海北岛岛礁周围混合底质的浅海海域进行底质分类,并对底质分类后的不同海域分别建立线性回归与SVR非线性回归多种测深模型。通过水深分段验证后结果表明,结合底质分类的SVR非线性回归方法更适合混合底质的浅水水深反演。