李玉平,裴佳佳,周小娟

(1.新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪工程院,新疆昌吉 831100;2.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北武漢 430034)

IKONOS衛(wèi)星影像在若羌河山區(qū)河段1∶10 000地形圖測(cè)制中的應(yīng)用

李玉平1,裴佳佳1,周小娟2

(1.新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪工程院,新疆昌吉 831100;2.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北武漢 430034)

詳細(xì)介紹IKONOS衛(wèi)星立體影像在新疆若羌河山區(qū)河段1∶10 000地形圖測(cè)制中的應(yīng)用,并以項(xiàng)目資料為基礎(chǔ),對(duì)不同像控點(diǎn)數(shù)量及分布情況的定向精度進(jìn)行分析,給出同類項(xiàng)目控制點(diǎn)布設(shè)方案的建議。

IKONOS衛(wèi)星影像;1∶10 000地形圖;像控點(diǎn)布設(shè)

0 引言

1∶10 000地形圖作為國(guó)家基本比例尺地形圖,在水利水電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中發(fā)揮著十分重要的作用,但由于新疆國(guó)土面積遼闊,地廣人稀,導(dǎo)致1∶10 000地形圖測(cè)制更新工作量巨大,盡管經(jīng)過(guò)近年基礎(chǔ)測(cè)繪所做大量工作,目前新疆1∶10 000地形圖覆蓋率仍然很低,基本只能覆蓋縣一級(jí)城鎮(zhèn)及周邊地區(qū)。目前,新疆水利規(guī)劃設(shè)計(jì)用1∶10 000地形圖主要采用航空攝影測(cè)量方法測(cè)制,面積不大的局部小區(qū)域采用全站儀數(shù)字測(cè)圖方法測(cè)制。

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展,衛(wèi)星遙感影像正朝著高精度、多光譜、高分辨率的方向發(fā)展,遙感技術(shù)正逐漸得到各行各業(yè)的重視。1999年9月,美國(guó)空間公司發(fā)射的第一顆商用高分辨率成像衛(wèi)星IK ONOS,它能同時(shí)采集1 m全色和4 m多光譜影像,把二者進(jìn)行融合,即可得到1 m分辨率的彩色影像。IK ONOS衛(wèi)星平均每3～4天可拍攝同一地點(diǎn)一次,它不但可以跨軌往復(fù)掃描(采集范圍:130 km×56 km),順軌往復(fù)掃描(采集范圍:37 km×100 km),而且也能實(shí)現(xiàn)順軌條帶掃描(采集范圍:11 km×1 000 km),單景掃描(采集范圍:11 km×11 km)等,IKONOS衛(wèi)星系統(tǒng)的多種采集方式,確保其具有強(qiáng)大的立體影像獲取能力,它可以獲取近100%重疊度的同軌立體像對(duì),為新疆較大范圍缺少航空攝影資料的特殊地區(qū)測(cè)制1∶10 000地形圖,提供了最佳的選擇。

1 工程概況

因開(kāi)展若羌河山區(qū)河段水利規(guī)劃設(shè)計(jì)工作,需要測(cè)制若羌河山區(qū)河段1∶10 000地形圖。測(cè)區(qū)位于新疆若羌縣境內(nèi)、阿爾金山脈北麓,成圖范圍為若羌河出山口沿河向上游山區(qū)16 km長(zhǎng)的帶狀區(qū)域(如圖1所示),面積約40 km2。測(cè)區(qū)沒(méi)有基礎(chǔ)航空攝影資料,無(wú)法采用航測(cè)成圖,地形為高山地,最大相對(duì)高差約700 m左右,沿河沒(méi)有道路通行,也無(wú)法采用全站儀進(jìn)行數(shù)字測(cè)圖,因此采用IKONOS衛(wèi)星1 m分辨率立體影像測(cè)制該區(qū)域1∶10 000地形圖。

圖1 成圖范圍及像控點(diǎn)布設(shè)示意圖Fig.1 Schematic diagram ofmapping scope and layout of image control points

2 技術(shù)方案及實(shí)施

2.1 衛(wèi)星影像范圍確認(rèn)、訂購(gòu)

根據(jù)測(cè)繪合同,將測(cè)繪范圍展繪于1∶10萬(wàn)圖上,或利用Google Earth直接確定測(cè)繪范圍,再根據(jù)測(cè)繪范圍和控制點(diǎn)布設(shè)方案確定衛(wèi)星影像訂購(gòu)范圍。因經(jīng)營(yíng)IKONOS衛(wèi)星數(shù)據(jù)的GeoEye公司規(guī)定了衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)訂購(gòu)的諸多規(guī)則,如:最小面積為100 km2,不支持三角形,銳角多邊形訂購(gòu),訂購(gòu)范圍線任意兩頂點(diǎn)間距不得<5 km等,因此,在確保成圖范圍和滿足控制點(diǎn)布設(shè)的前提下,應(yīng)盡量?jī)?yōu)化影像訂購(gòu)范圍,以達(dá)到節(jié)省資金的目的。本項(xiàng)目經(jīng)多次優(yōu)化,最終確定訂購(gòu)衛(wèi)星影像106 km2(影像范圍如圖1)。

2.2 控制點(diǎn)布設(shè)、觀測(cè)

為了滿足此次成圖及進(jìn)一步了解像控點(diǎn)數(shù)量及分布情況對(duì)IKONOS衛(wèi)星影像成圖的影響,根據(jù)測(cè)區(qū)的交通情況,共布設(shè)了6個(gè)像控點(diǎn)。其中P1以北為出山口,地勢(shì)相對(duì)平緩,沿測(cè)區(qū)北部小路附近布設(shè)了4個(gè)像控點(diǎn),P1以南為高山峽谷段,沿小路翻越達(dá)阪進(jìn)入至河床布設(shè)了2個(gè)像控點(diǎn)(如圖1)。像控點(diǎn)平面位置采用靜態(tài)GPS方法按《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》中五等要求觀測(cè),高程采用五等水準(zhǔn)及GPS擬合高程,平差后,像控點(diǎn)的最弱點(diǎn)位中誤差為4 mm,GPS高程擬合中誤差為22 mm,平面及高程精度均滿足規(guī)范要求。

2.3 地物調(diào)繪

由于IKONOS衛(wèi)星影像分辨率較航片低,很多細(xì)小地物(如小溝渠、小型水利設(shè)施、電桿等)不能判繪,故將衛(wèi)星影像按原始分辨率打印后帶至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)繪[1]。

圖2 內(nèi)業(yè)成圖流程圖Fig.2 Flow chart ofmapping of interiorwork

2.4 內(nèi)業(yè)成圖

采用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)Virtuozo3.7中的IKONOS影像處理模塊定向建模。作業(yè)流程如圖2所示。通過(guò)比選,最終采用了P1、P2、P3、P6四個(gè)點(diǎn)作為像控點(diǎn)進(jìn)行定向建模型,定向精度見(jiàn)表2[2]。

2.5 地形圖精度統(tǒng)計(jì)

為了檢查驗(yàn)證成圖精度,用全站儀在測(cè)區(qū)內(nèi)采集了20個(gè)特征明顯的地物點(diǎn)和80個(gè)隨機(jī)地形點(diǎn)對(duì)地形圖(DLG)進(jìn)行檢查,檢查點(diǎn)的不符值與規(guī)范限差見(jiàn)表1。

表1 地形圖精度統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of precision of topographic map

從表1中可以看出,利用IKONOS衛(wèi)星1 m分辨率立體影像測(cè)制山區(qū)、高山區(qū)1∶10 000地形圖,完全滿足規(guī)范要求。

3 控制點(diǎn)布設(shè)方案比較分析

為了進(jìn)一步了解像控點(diǎn)的數(shù)量以及分布情況對(duì)成圖精度的影響,共采用了12種像控點(diǎn)布設(shè)方案進(jìn)行定向計(jì)算(結(jié)果見(jiàn)表2),并將野外用全站儀采集的檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入每一種定向模型,統(tǒng)計(jì)其平面及高程差值,各種定向方案檢測(cè)點(diǎn)精度情況見(jiàn)表3。

根據(jù)外業(yè)全站儀采集的檢查數(shù)據(jù)與立體模型的對(duì)比檢查情況看,若羌河山區(qū)河段IKONOS的加密精度達(dá)到了平面±1.31 m(規(guī)范限差±5.0),高程±0.28 m(規(guī)范限差±2.0)[3],像方坐標(biāo)中誤差為±0.11像素(規(guī)范限差0.33像素)[4]。

從表2和表3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,針對(duì)于同一景IKONOS立體影像,可以得出如下結(jié)論:

(1)無(wú)論采用哪一種像控點(diǎn)布設(shè)方案,IKONOS立體影像的精度都比較穩(wěn)定;

(2)只需布設(shè)1個(gè)控制點(diǎn),即可滿足1∶10 000成圖的精度要求,但在實(shí)際工作中,建議布設(shè)2～3個(gè)像控點(diǎn),一是為了防止實(shí)地判繪及外業(yè)測(cè)量時(shí)出錯(cuò),二是因?yàn)楫?dāng)只有2個(gè)以上點(diǎn)進(jìn)行定向時(shí),才能計(jì)算出定向精度;

(3)像控點(diǎn)的分布對(duì)定向精度影響不明顯,只需在立體影像范圍內(nèi)任意位置即可,但應(yīng)選擇在影像清晰、特征明顯、易于判繪的目標(biāo)上,應(yīng)根據(jù)外業(yè)施測(cè)時(shí)測(cè)區(qū)交通等實(shí)際情況靈活布設(shè);

表2 定向精度統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of precision of orientation

表3 模型檢測(cè)點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistics of precision ofmodel testing points

(4)像控點(diǎn)數(shù)量的增加,定向精度變化不明顯,對(duì)于同一景立體影像,不宜布設(shè)太多控制點(diǎn),否則會(huì)由于測(cè)量誤差、判繪誤差等會(huì)導(dǎo)致模型整體精度下降。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)若羌河項(xiàng)目的生產(chǎn)實(shí)踐,充分證明使用IKONOS衛(wèi)星1 m分辨率立體影像可以滿足山區(qū)1∶10 000地形圖的測(cè)制要求。IKONOS衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取能力強(qiáng),立體影像覆蓋面積大,只需少量的控制點(diǎn)即可滿足成圖精度,同時(shí)對(duì)控制點(diǎn)的分布也沒(méi)有特別要求,大大減少了外業(yè)工作量,尤其適用于新疆無(wú)法布設(shè)控制點(diǎn)的山區(qū)、高山區(qū)及邊境區(qū)1∶10 000地形圖的測(cè)制工作。

當(dāng)采用IKONOS衛(wèi)星立體影像測(cè)制水利規(guī)劃設(shè)計(jì)用圖時(shí),應(yīng)注意以下兩點(diǎn):①衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取受天氣等因素影響,盡管目前數(shù)據(jù)拍攝生產(chǎn)周期一般為15～20 d(從下訂單到拿到數(shù)據(jù)),但數(shù)據(jù)提供商書(shū)面協(xié)議承諾的數(shù)據(jù)拍攝生產(chǎn)周期為2個(gè)月,所以數(shù)據(jù)訂購(gòu)時(shí)應(yīng)充分考慮天氣(主要是云、雪)、項(xiàng)目工期等因素;②水利規(guī)劃用圖多為沿河道的不規(guī)則帶狀圖,由于數(shù)據(jù)提供商的諸多訂購(gòu)規(guī)則及目前數(shù)據(jù)相對(duì)航片較貴的價(jià)格(約500元/km2),數(shù)據(jù)訂購(gòu)前,應(yīng)充分分析成圖范圍,根據(jù)成圖范圍優(yōu)化數(shù)據(jù)訂購(gòu)范圍,盡量節(jié)省開(kāi)支。

隨著遙感技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,更多更高分辨率遙感立體影像的推出,存檔數(shù)據(jù)的不斷增加,將會(huì)使數(shù)據(jù)訂購(gòu)成本降低,利用遙感立體影像測(cè)制各種大、中比例尺地形圖將成為可能,地形測(cè)繪將迎來(lái)新一輪的技術(shù)變革。

[1] 陳雨常,白峰,等.IKONOS立體影像全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量試驗(yàn)研究[J].地理空間信息,2006,4(4):20.

[2] 李兵,朱繼東,陳艷.采用IKONOS衛(wèi)星影像進(jìn)行立體測(cè)圖技術(shù)的應(yīng)用研究[J].技術(shù)應(yīng)用,2006(6):62.

[3] SL/197—97,水利水電工程測(cè)量規(guī)范(規(guī)劃設(shè)計(jì)階段)[S].

[4] GB/T 23236—2009,數(shù)字航空攝影測(cè)量空中三角測(cè)量規(guī)范[S].

Application of IKONOS Satellite I mage in 1∶10 000 Topographic Mapping in the Mounta in Area of Ruoqiang River

LI Yuping1,PEIJiajia1,ZHOU Xiaojuan2
(1.Xinjiang Survey and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower,Changji,Xinjiang831100;2.Hubei Institute of Geological Survey,Wuhan,Hubei430034)

This paper introduced in detail the application of IKONOS satellite stereo image in 1∶10 000 topographic mapping in the mountain area of Ruoqiang River.Based on the project data,the article analyzed the orientation precision of different number and distribution conditions of image control points,gave practical suggestions to the plan of image control points layout in similar projects.

IKONOS satellite image;1∶10 000 topographic map;layout of image control points

P285.1

A

1671-1211(2010)05-0562-04

2010-07-14;改回日期:2010-09-06

李玉平(1981-),男,工程師,工程測(cè)量專業(yè),從事水利水電工程測(cè)量工作。E-mail:lypcn@126.com