宋 楊，李長(zhǎng)輝，林 鴻，陳 鵬

（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510060）

一、引 言

高分辨率衛(wèi)星遙感影像的問(wèn)世為基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)提供了新的數(shù)據(jù)源，相對(duì)傳統(tǒng)的航空攝影資料，衛(wèi)星立體遙感影像展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，以WorldView-2衛(wèi)星影像為例，其具有獲取周期短、影像覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)全天候、不間斷的數(shù)據(jù)獲取。同時(shí)由于高分辨率的衛(wèi)星系統(tǒng)通常都具有很高的穩(wěn)定性，基于高精度的星歷參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)，可顯著提高無(wú)地面控制情況下的定位精度，從而在具備少量控制點(diǎn)的情況下使地形圖測(cè)制精度得到提高。這就使得利用高分辨率衛(wèi)星立體影像進(jìn)行內(nèi)外業(yè)一體化測(cè)圖成為可能，而且可以采取先內(nèi)業(yè)后外業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)路線。

為了積極響應(yīng)廣州市規(guī)劃局于2007年提出的“1，2，3，5基礎(chǔ)地形圖更新機(jī)制”，本文對(duì)大比例尺地形圖生產(chǎn)新思路進(jìn)行探索，基于WorldView衛(wèi)星立體數(shù)據(jù)進(jìn)行1∶5000數(shù)字線劃圖的生產(chǎn)試驗(yàn)。在作業(yè)平臺(tái)的選取上，通過(guò)對(duì)武漢航天遠(yuǎn)景公司MapMatrix數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量平臺(tái)及北京清華山維EPS地形圖編輯平臺(tái)的集成，實(shí)現(xiàn)了大比例尺數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)采集、編輯及形成GIS入庫(kù)數(shù)據(jù)一體化的工作流程。

二、試驗(yàn)區(qū)及數(shù)據(jù)處理平臺(tái)介紹

1.試驗(yàn)區(qū)范圍

所選試驗(yàn)區(qū)覆蓋了廣州市白云山的部分山形、麓湖，以及珠江以北圍繞麓湖一帶的中心城區(qū)，地形地貌較為豐富，該片區(qū)內(nèi)有山、水、居民地，以及高層建筑等，面積約為100 km2。

2.一體化數(shù)據(jù)處理平臺(tái)

航天遠(yuǎn)景MapMatrix平臺(tái)能兼容目前市面上廣泛的傳感器數(shù)據(jù)類(lèi)型，包括普通航片、IKONOS、DMC、UCD、UCX、GeoEye、WorldView、ALOS 等；支持SHP、DXF、TXT、XML等多種通用格式數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出，使系統(tǒng)與后續(xù)處理無(wú)縫連接，所有功能可預(yù)見(jiàn)、可回撤；支持原始影像/正射影像/自由網(wǎng)測(cè)圖。MapMatrix平臺(tái)針對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)單位建立具體工作流程時(shí)提供了靈活的本地化定制接口，可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程及生產(chǎn)習(xí)慣的個(gè)性化定制。

清華山維EPS圖形平臺(tái)是建立在數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上的圖形處理系統(tǒng)，其近10年來(lái)在長(zhǎng)期服務(wù)于廣勘院測(cè)繪生產(chǎn)工作的過(guò)程中，積累了豐富的本地化使用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國(guó)標(biāo)和地方性標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，已實(shí)現(xiàn)完成廣州市 1∶500、1∶2000、1∶5000 幾種比例尺地形圖編輯、入庫(kù)的模板設(shè)計(jì)。

本文研究的一大亮點(diǎn)是通過(guò)實(shí)現(xiàn)航天遠(yuǎn)景MapMatrix平臺(tái)與清華山維EPS平臺(tái)的定制與對(duì)接，使立體測(cè)圖與得到“圖屬合一”的GIS數(shù)據(jù)的工作目的同時(shí)達(dá)成，相比國(guó)內(nèi)目前絕大多數(shù)的數(shù)字線劃圖生產(chǎn)流程更為高效、先進(jìn)。

三、基于高分辨率衛(wèi)星立體數(shù)據(jù)的大比例尺立體測(cè)圖

1.技術(shù)流程

本文提出的一體化數(shù)字地形圖生產(chǎn)體系如圖1所示。

圖1 基于高分辨率衛(wèi)星立體影像的一體化測(cè)圖技術(shù)流程

2.具體步驟

在進(jìn)行WorldView-2定向之前，需要準(zhǔn)備5種數(shù)據(jù):原始衛(wèi)星影像文件、RPC文件、控制點(diǎn)點(diǎn)位圖、WGS-84坐標(biāo)系下的控制點(diǎn)文件、廣州坐標(biāo)系下的控制點(diǎn)文件。如圖2所示，從1∶500地形圖中共提取了31個(gè)控制點(diǎn)，在后續(xù)實(shí)施控制點(diǎn)轉(zhuǎn)刺時(shí)可以有選擇地進(jìn)行，因?yàn)檫@31個(gè)點(diǎn)中有些點(diǎn)位分布的位置較近，可以留作檢查點(diǎn)使用。

圖2 廣州坐標(biāo)系下的控制點(diǎn)文件

31個(gè)控制點(diǎn)分布在立體像對(duì)覆蓋區(qū)域影像的8個(gè)點(diǎn)位附近（圖3中圈定范圍），基本上符合控制點(diǎn)均勻分布、整體控制的需要。圖像東北角的區(qū)域?qū)儆谲娛陆麉^(qū)，因?yàn)闆](méi)有1∶500圖數(shù)據(jù)，因此在這個(gè)方位無(wú)法加設(shè)控制點(diǎn)位。

圖3 控制點(diǎn)方位分布圖

主要步驟概括如下:

1）打開(kāi)MapMatrix，新建工程，并設(shè)置測(cè)區(qū)類(lèi)型為RPC參數(shù)，如圖4所示。添加原始衛(wèi)星影像，指定對(duì)應(yīng)的RPC文件，添加WGS-84坐標(biāo)系及廣州坐標(biāo)系下的兩套控制點(diǎn)文件，進(jìn)行控制點(diǎn)轉(zhuǎn)刺及RPC空三解算，如圖5所示。如果誤差沒(méi)有超限，則退出RPC空三，完成WorldView-2影像定向；如果超限，則繼續(xù)進(jìn)行 RPC空三，直到結(jié)果滿足限差要求為止。

圖4 新建工程指定測(cè)區(qū)類(lèi)型為RPC

圖5 控制點(diǎn)轉(zhuǎn)刺，RPC空三解算

2）在完成了RPC空三解算后，對(duì)WorldView-2進(jìn)行衛(wèi)星模型置平，由于衛(wèi)星拍攝影像時(shí)的姿態(tài)一般不是垂直于地面的，衛(wèi)片組成的像對(duì)一般看來(lái)也是傾斜的，置平可使衛(wèi)星影像更符合人眼的視覺(jué)，方便側(cè)圖。

3）生成XML格式的立體模型，在EPS平臺(tái)引入立體模型后進(jìn)行立體采集、地形圖編輯?；贓PS平臺(tái)的地形圖模板，實(shí)現(xiàn)立體測(cè)圖的同時(shí)可得到GIS數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式即EDB格式，地形圖成果如圖6所示。

對(duì)測(cè)制完成的數(shù)字地形圖按平面、高程兩個(gè)方面進(jìn)行嚴(yán)格的精度檢測(cè)，其結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

1）76 個(gè)平面點(diǎn)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位中誤差計(jì)算結(jié)果為1.048 m，按平地、丘陵地規(guī)定的圖上0.5 mm換算為實(shí)際距離為2.5 m，76個(gè)點(diǎn)位平面精度均小于兩倍中誤差5 m，說(shuō)明測(cè)圖結(jié)果的平面精度合格。

2）52 個(gè)高程注記點(diǎn)的高程中誤差計(jì)算結(jié)果為0.303 m，將試驗(yàn)區(qū)地形判定為平地，0.303 m的高程中誤差計(jì)算結(jié)果小于國(guó)標(biāo)規(guī)定的平地高程注記點(diǎn)的中誤差（0.35 m）。嚴(yán)格按照0.7 m的兩倍中誤差來(lái)統(tǒng)計(jì)，52個(gè)高程注記點(diǎn)中有2個(gè)粗差，粗差率為3.8%。

圖6 1∶5000地形圖成果

表1 平面精度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果m

根據(jù)平面和高程精度分析結(jié)果來(lái)看，本課題采用WorldView-2立體衛(wèi)星影像進(jìn)行1∶5000地形圖測(cè)制的技術(shù)路線是可行的，成圖結(jié)果符合國(guó)標(biāo)精度要求。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文圍繞高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)于大比例尺地形圖生產(chǎn)開(kāi)展研究，創(chuàng)新性地集成了航天遠(yuǎn)景與清華山維兩個(gè)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)功能，從而實(shí)現(xiàn)了地形圖數(shù)據(jù)采集與生成圖屬一體化的GIS入庫(kù)數(shù)據(jù)同步化的目的，搭建的一體化作業(yè)平臺(tái)提高了工作效率，極大地拓寬了基礎(chǔ)測(cè)繪產(chǎn)品服務(wù)的領(lǐng)域，使得地形圖數(shù)據(jù)的可用性得到了增值。

表2 高程精度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

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