馬振玲

1. 上海深淵科學(xué)工程技術(shù)研究中心，上海海洋大學(xué)，上海 201306； 2. 上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306

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衛(wèi)星測(cè)繪空三定位網(wǎng)理論研究

馬振玲

1. 上海深淵科學(xué)工程技術(shù)研究中心，上海海洋大學(xué)，上海 201306； 2. 上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306

高分辨率衛(wèi)星影像已成為獲取地理空間信息的重要手段之一。影像的高精度幾何定位是高分辨率衛(wèi)星影像得以廣泛應(yīng)用的重要前提。

目前“立體影像—地面控制點(diǎn)—空三”是航空攝影測(cè)量非常成熟的幾何定位處理過(guò)程，該理論也能夠解決測(cè)繪資源衛(wèi)星的幾何定位問(wèn)題，不同衛(wèi)星傳感器、不同時(shí)間，甚至是不同時(shí)間實(shí)施相同的遙感任務(wù)，周而復(fù)始重復(fù)這個(gè)作業(yè)模式，然而每次生產(chǎn)結(jié)束后的空三成果都沒有被有效利用，造成資源浪費(fèi)，而且重復(fù)觀測(cè)是遙感技術(shù)的基本特性，盡管在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、變化發(fā)現(xiàn)等方面得到了應(yīng)用，在測(cè)繪資源衛(wèi)星的幾何定位處理方面基本沒有應(yīng)用。

論文提出了空三定位網(wǎng)(spatial triangulated network, STN)的概念，有效管理空三成果，并顧及衛(wèi)星重復(fù)觀測(cè)特性，充分利用空三定位網(wǎng)提供不同視線方向影像來(lái)增加多余觀測(cè)并提高基高比，與新獲取影像進(jìn)行聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差實(shí)現(xiàn)無(wú)或稀少控制下影像高精度幾何定位，再依據(jù)更新原則對(duì)空三定位網(wǎng)進(jìn)行更新，為影像幾何定位提供另一有效途徑。論文主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論包括：

(1) 空三定位網(wǎng)概述?？杖ㄎ痪W(wǎng)存儲(chǔ)外部控制點(diǎn)及均勻分布區(qū)域的連接點(diǎn)的地面三維坐標(biāo)及協(xié)方差矩陣、影像定向參數(shù)及輔助信息，其中點(diǎn)位及相關(guān)信息存儲(chǔ)在文件中，協(xié)方差矩陣及影像相關(guān)信息存儲(chǔ)在XML文檔；可以根據(jù)影像編號(hào)進(jìn)行點(diǎn)位檢索，根據(jù)影像覆蓋范圍進(jìn)行影像檢索；空三定位網(wǎng)先從區(qū)域級(jí)尺度建立，逐步擴(kuò)展到國(guó)家級(jí)乃至全球，對(duì)新影像每進(jìn)行一次定位，根據(jù)更新準(zhǔn)則判斷是否將其納入網(wǎng)中，確保空三定位網(wǎng)中影像具有最優(yōu)分辨率與定位精度。

(2) 研究了基于嚴(yán)格成像模型的空三定位網(wǎng)影像幾何定位相關(guān)技術(shù)。采用三次樣條函數(shù)進(jìn)行姿態(tài)軌道內(nèi)插，并將系統(tǒng)誤差描述為時(shí)間的二次多項(xiàng)式，附加在嚴(yán)格成像模型中，將定向參數(shù)作為虛擬觀測(cè)值引入誤差方程克服相關(guān)性問(wèn)題，構(gòu)建總誤差方程與隨機(jī)模型，進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)概算與區(qū)域網(wǎng)平差，并進(jìn)行精度評(píng)定；建立了空三定位網(wǎng)前方交會(huì)模型。

(3) 研究了基于有理函數(shù)模型(rational function model, RFM)的空三定位網(wǎng)影像幾何定位相關(guān)技術(shù)。將系統(tǒng)誤差描述為像點(diǎn)的仿射變換形式，附加在RFM中，構(gòu)建誤差方程與隨機(jī)模型，進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差解算與精度評(píng)定；推導(dǎo)出利用空三定位網(wǎng)進(jìn)行前方交會(huì)的數(shù)學(xué)模型。

(4) 利用不同構(gòu)像模型對(duì)SPOT-5、ALOS、資源三號(hào)(ZY3)影像分別進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，利用空三定位網(wǎng)進(jìn)行前方交會(huì)試驗(yàn)由于增加了多余觀測(cè)與基高比，與常規(guī)前方交會(huì)結(jié)果相比，精度有所提高，甚至可以達(dá)到常規(guī)控制點(diǎn)輔助下的定位精度，起到代替控制點(diǎn)的作用；在控制點(diǎn)輔助下利用空三定位網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差精度與常規(guī)區(qū)域網(wǎng)平差精度相當(dāng)，說(shuō)明空三定位網(wǎng)可以為影像區(qū)域網(wǎng)平差提供數(shù)據(jù)源；利用空三定位網(wǎng)也可以實(shí)現(xiàn)單景影像直接定位，為單片制圖提供了另一有效途徑。

(5) 研究了空三定位網(wǎng)更新機(jī)制。建立了空三定位網(wǎng)中點(diǎn)位和影像選取原則，確保影像能覆蓋整個(gè)區(qū)域，并且具有不同視角、最優(yōu)分辨率與定位精度以及良好現(xiàn)勢(shì)性與圖像質(zhì)量；確保點(diǎn)位均勻分布于區(qū)域，而且具有紋理清晰、特征明顯、穩(wěn)定不變的特性。采用兩階段線性均方差估計(jì)的分步平差方法對(duì)超大規(guī)模空三定位網(wǎng)進(jìn)行解算及點(diǎn)位更新，第1步解算的結(jié)果作為第2步解算的先驗(yàn)信息，以SPOT-5數(shù)據(jù)為例，結(jié)果表明分步平差可以達(dá)到與整體平差相當(dāng)?shù)木龋⑶液臅r(shí)較少，可以提高計(jì)算效率。

Author： MA Zhenling(1986—)，female，post-doctor, received her doctoral degree from Wuhan University on June 2015，majors in satellite photogrammetry.

E-mail： mazhenling_123@126.com

Research on Spatial Triangulated Network for Satellite Mapping

MA Zhenling

1. Shanghai Engineering Research Center of Hadal Science and Technology,Shang Hai,201306,China; 2. College of Marine Sciences,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China

馬振玲.衛(wèi)星測(cè)繪空三定位網(wǎng)理論研究[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2016,45(9)：1134.

10.11947/j.AGCS.2016.20160170.

MA Zhenling.Research on Spatial Triangulated Network for Satellite Mapping[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2016,45(9):1134. DOI:10.11947/j.AGCS.2016.20160170.

P231.5

D

1001-1595(2016)09-1134-01

國(guó)家自然科學(xué)基金(41271456)

2016-04-14

馬振玲(1986—)，女，博士后，2015年6月畢業(yè)于武漢大學(xué)，獲工學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師：閆利教授)，研究方向?yàn)樾l(wèi)星攝影測(cè)量。