胡守超 劉偉

摘 要：作為我國首顆民用高分辨率立體測繪衛(wèi)星，資源三號衛(wèi)星可以高效快捷地獲取較高精度的地形數(shù)據(jù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。為驗(yàn)證資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)在電力工程勘測中的應(yīng)用效果，本文選取某風(fēng)電場測繪項(xiàng)目進(jìn)行測試，利用已有的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行驗(yàn)證，對資源三號衛(wèi)星DEM數(shù)據(jù)的高程精度進(jìn)行了評估，并與STRM DEM的高程精度進(jìn)行了對比，結(jié)果表明，資源三號衛(wèi)星DEM數(shù)據(jù)精度優(yōu)于STRM DEM，在電力工程勘測設(shè)計(jì)階段可以發(fā)揮較好的輔助作用。

關(guān)鍵詞：資源三號衛(wèi)星 電力工程勘測 高程精度

中圖分類號：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（b）-0003-02

在電力工程勘測設(shè)計(jì)各階段，地形數(shù)據(jù)均為重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，目前，地形數(shù)據(jù)主要來自現(xiàn)場實(shí)測與遙感測量，但傳統(tǒng)的工程測量及航空攝影測量成果獲取周期長，勘測成本高，難以滿足工程前期對地形數(shù)據(jù)的需求。

隨著衛(wèi)星空間測繪技術(shù)的發(fā)展，高分辨率衛(wèi)星影像的研究和應(yīng)用取得了較大的發(fā)展，其影像分辨率、測圖精度越來越高，應(yīng)用范圍越來越廣。資源三號衛(wèi)星是我國首顆民用高分辨率光學(xué)立體測繪衛(wèi)星，集測繪和資源調(diào)查功能于一體，可實(shí)現(xiàn)對全球南北緯80°以內(nèi)地區(qū)無縫覆蓋。

與現(xiàn)有的資源類遙感衛(wèi)星相比，資源三號測繪衛(wèi)星圖像分辨率高、圖像幾何精度和目標(biāo)定位精度較高，可長期、連續(xù)、穩(wěn)定、快速地獲取覆蓋全國乃至全球大部分區(qū)域高分辨率影像，其具有較強(qiáng)的立體測圖能力，具備在工程上應(yīng)用的潛力。

1 數(shù)據(jù)處理

1.1 資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)

資源三號衛(wèi)星裝載2.1m分辨率正視全色CCD相機(jī)、3.5m分辨率前后視相機(jī)及5.8m分辨率多光譜相機(jī)，單幅影像有效寬度大于50km，立體像對有效寬度大于45km。

利用衛(wèi)星影像進(jìn)行地表三維信息的提取，首先需要建立傳感器成像的數(shù)學(xué)模型。RPC模型是一種能獲得和衛(wèi)星遙感影像嚴(yán)格成像模型近似一致精度的、形式簡單的概括模型，其實(shí)質(zhì)是有理函數(shù)模型。它用有理多項(xiàng)式函數(shù)來擬合嚴(yán)格的幾何模型，使幾何模型處理簡化，易于計(jì)算，并獨(dú)立于傳感器。使用RPC參數(shù)和仿射變換參數(shù)進(jìn)行定向，只需少量的控制點(diǎn)（單幅影像4～6個(gè)）便能達(dá)到較高的定向精度。

1.2 數(shù)據(jù)處理流程

資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

1.2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

建立衛(wèi)星影像處理工程，定義坐標(biāo)系并設(shè)置影像匹配、DEM、DOM和等高線等相關(guān)參數(shù)，引入影像數(shù)據(jù)和RPC參數(shù)。

1.2.2 空三定向

量測控制點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)（無控制點(diǎn)時(shí)添加一定數(shù)量的連接點(diǎn)）進(jìn)行絕對定向，解算仿射糾正系數(shù)。

1.2.3 4D產(chǎn)品生產(chǎn)

利用匹配好的模型，可進(jìn)行立體測圖、DEM生成與編輯及DOM制作等操作。

2 數(shù)據(jù)測試

2.1 測試方法

選取已完成風(fēng)電場地形圖測繪項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)測試，利用已有的大比例地形圖成果數(shù)據(jù)，選取一定數(shù)量的檢查點(diǎn)，與利用資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取的成果進(jìn)行對比，計(jì)算二者的差值。中誤差計(jì)算公式：

其中，m為高程中誤差，?i為資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)成果與選取檢查點(diǎn)的高程差值，即各點(diǎn)的高程誤差，n為點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

下載測量區(qū)域的STRM DEM數(shù)據(jù)，利用控制點(diǎn)計(jì)算平面坐標(biāo)與WGS84經(jīng)緯度的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將STRM DEM與資源三號衛(wèi)星影像處理成果統(tǒng)一在同一坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)下，對二者的精度進(jìn)行對比分析。

2.2 測試區(qū)域及數(shù)據(jù)情況

選擇內(nèi)蒙古某風(fēng)電項(xiàng)目為測試區(qū)域。該風(fēng)場位于內(nèi)蒙古東部，南北長約10km，東西長約12km，地形以山地為主，平均海拔1100m，地表植被覆蓋較少，經(jīng)數(shù)據(jù)處理獲取的地表模型基本能夠真實(shí)反應(yīng)現(xiàn)場地形情況。該區(qū)域已有采用無人機(jī)低空攝影測量獲取的大比例尺地形圖成果，將其作為真值進(jìn)行對比分析。

收集包含測區(qū)的資源三號衛(wèi)星影像1景。整個(gè)測區(qū)共測量外控點(diǎn)16個(gè)，選取定向點(diǎn)9個(gè)，檢查點(diǎn)7個(gè)，定向結(jié)果見表1。

經(jīng)數(shù)字地面模型匹配，得到所需的DEM數(shù)據(jù)，基于DEM數(shù)據(jù)提取等高線及高程點(diǎn)等地形圖要素，可用于后續(xù)風(fēng)資源分析及風(fēng)機(jī)預(yù)選址。

2.3 精度分析

利用已有的大比例尺地形圖成果，按100×100格網(wǎng)選取檢查點(diǎn)，高程差值的均值為0.28m，高程中誤差為3.08m，差值小于1m的點(diǎn)占58%，說明DEM成果在大部分區(qū)域具有較高的可靠性，但DEM成果存在一定數(shù)量的粗差點(diǎn)（即大于2倍中誤差的點(diǎn)），粗差占比0.5%。高程差值分布情況如圖2所示。

由于測區(qū)植被覆蓋較少，資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)受植被影響較小，可以獲取較高精度的DEM成果。受影像分辨率及數(shù)據(jù)質(zhì)量等因素的限制，對于地勢陡峭區(qū)域及地形的細(xì)微變化，資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)成果無法準(zhǔn)確反映，可能會導(dǎo)致較大的偏差。

對比STRM DEM與檢查點(diǎn)高程的差值，STRM DEM高程中誤差為3.89m，與資源三號衛(wèi)星DEM成果相差不大，但其誤差最大值接近30m。二者誤差統(tǒng)計(jì)情況如圖3所示，資源三號衛(wèi)星DEM成果明顯優(yōu)于STRM DEM的應(yīng)用效果。

3 結(jié)語

利用資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)，可以獲取較高精度的DEM數(shù)據(jù)，成本造價(jià)低，獲取便捷，衛(wèi)星覆蓋范圍廣，成圖效率高。利用該數(shù)據(jù)，可以較好地反映地形起伏情況，充分了解工程現(xiàn)場情況，為國外工程等無法獲取更好影像數(shù)據(jù)的地區(qū)，提供了一種方便快捷的解決方案。但由于資源三號衛(wèi)星影像分辨率較低，影像清晰度不高，高程精度有限，因此只能將其用于對高程精度要求不高的階段，如項(xiàng)目的可行性研究階段，或?qū)⑵渥鳛橐环N輔助手段，如在輸電線路工程中，可以在勘測過程中預(yù)判重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，有針對性地對危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行測量，在一定程度上減少外業(yè)工作量。

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