資源三號(hào)衛(wèi)星DEM數(shù)據(jù)精度分析及其在電力工程勘測(cè)中的應(yīng)用

胡守超 劉偉

摘 要：作為我國(guó)首顆民用高分辨率立體測(cè)繪衛(wèi)星，資源三號(hào)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(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)在電力工程勘測(cè)中的應(yīng)用效果，本文選取某風(fēng)電場(chǎng)測(cè)繪項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試，利用已有的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)資源三號(hào)衛(wèi)星DEM數(shù)據(jù)的高程精度進(jìn)行了評(píng)估，并與STRM DEM的高程精度進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，資源三號(hào)衛(wèi)星DEM數(shù)據(jù)精度優(yōu)于STRM DEM，在電力工程勘測(cè)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(hào)衛(wèi)星 電力工程勘測(cè) 高程精度

中圖分類(lèi)號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）10（b）-0003-02

在電力工程勘測(cè)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(lái)自現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與遙感測(cè)量，但傳統(tǒng)的工程測(cè)量及航空攝影測(cè)量成果獲取周期長(zhǎng)，勘測(cè)成本高，難以滿(mǎn)足工程前期對(duì)地形數(shù)據(jù)的需求。

隨著衛(wèi)星空間測(cè)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(cè)圖精度越來(lái)越高，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。資源三號(hào)衛(wèi)星是我國(guó)首顆民用高分辨率光學(xué)立體測(cè)繪衛(wèi)星，集測(cè)繪和資源調(diào)查功能于一體，可實(shí)現(xiàn)對(duì)全球南北緯80°以?xún)?nèi)地區(qū)無(wú)縫覆蓋。

與現(xiàn)有的資源類(lèi)遙感衛(wèi)星相比，資源三號(hào)測(cè)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(zhǎng)期、連續(xù)、穩(wěn)定、快速地獲取覆蓋全國(guó)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(cè)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(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)

資源三號(hào)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(duì)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(jiǎn)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(lái)擬合嚴(yán)格的幾何模型，使幾何模型處理簡(jiǎn)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(hào)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(xiàn)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(cè)控制點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)（無(wú)控制點(diǎn)時(shí)添加一定數(shù)量的連接點(diǎn)）進(jìn)行絕對(duì)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(cè)圖、DEM生成與編輯及DOM制作等操作。

2 數(shù)據(jù)測(cè)試

2.1 測(cè)試方法

選取已完成風(fēng)電場(chǎng)地形圖測(cè)繪項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)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(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取的成果進(jìn)行對(duì)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(hào)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(cè)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(hào)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(duì)二者的精度進(jìn)行對(duì)比分析。

2.2 測(cè)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(cè)試區(qū)域。該風(fēng)場(chǎng)位于內(nèi)蒙古東部，南北長(zhǎng)約10km，東西長(zhǎng)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(chǎng)地形情況。該區(qū)域已有采用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量獲取的大比例尺地形圖成果，將其作為真值進(jìn)行對(duì)比分析。

收集包含測(cè)區(qū)的資源三號(hào)衛(wèi)星影像1景。整個(gè)測(cè)區(qū)共測(cè)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(jiàn)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(xiàn)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(shuō)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(cè)區(qū)植被覆蓋較少，資源三號(hào)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(duì)于地勢(shì)陡峭區(qū)域及地形的細(xì)微變化，資源三號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)成果無(wú)法準(zhǔn)確反映，可能會(huì)導(dǎo)致較大的偏差。

對(duì)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(hào)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(hào)衛(wèi)星DEM成果明顯優(yōu)于STRM DEM的應(yīng)用效果。

3 結(jié)語(yǔ)

利用資源三號(hào)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(chǎng)情況，為國(guó)外工程等無(wú)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(hào)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(duì)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(xiàn)路工程中，可以在勘測(cè)過(guò)程中預(yù)判重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，有針對(duì)性地對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，在一定程度上減少外業(yè)工作量。

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