基于PCI GXL與INPHO軟件在GF-7影像生產(chǎn)中的應(yīng)用

陶蘭花，馬 靜，李娜娜，李春娥

（1.新疆維吾爾自治區(qū)測(cè)繪科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830002； 2.自然資源部中亞地理信息開發(fā)利用工程技術(shù)創(chuàng)新中心，新疆 烏魯木齊 830002）

基礎(chǔ)測(cè)繪是通過(guò)提供基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、國(guó)防基礎(chǔ)建設(shè)、文化教育、行政管理、科學(xué)研究等人民生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域提供服務(wù)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)性、前期性、公益性事業(yè)[1]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展和自然環(huán)境的變化，基礎(chǔ)測(cè)繪成果也隨之發(fā)生了巨大的變化，使其不僅具有動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)測(cè)繪保障服務(wù)的時(shí)效性及精度提出了更高的要求[2]。我國(guó)測(cè)繪技術(shù)發(fā)展水平與國(guó)際先進(jìn)水平仍舊存在一定的差距，表現(xiàn)在基礎(chǔ)航空攝影能力滯后，高分辨率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)大量依賴國(guó)外，國(guó)家和信息安全存在安全隱患，并對(duì)基礎(chǔ)測(cè)繪成果開發(fā)和有效利用產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，難以很好地為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供服務(wù)[3]。

隨著高分專項(xiàng)天基系統(tǒng)的建設(shè)，已有近80%的高分專項(xiàng)數(shù)據(jù)替代了進(jìn)口衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，且高分專項(xiàng)數(shù)據(jù)已在二十多個(gè)行業(yè)、三十多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，打破了地理信息產(chǎn)業(yè)上游的高分辨率立體遙感影像市場(chǎng)大量依賴國(guó)外衛(wèi)星的現(xiàn)狀，開啟了我國(guó)自主大比例尺航天測(cè)繪新時(shí)代[4]。其生產(chǎn)產(chǎn)品將會(huì)為國(guó)土測(cè)繪、城鄉(xiāng)建設(shè)、統(tǒng)計(jì)調(diào)查等方面發(fā)揮重要作用，為城市群發(fā)展規(guī)劃、農(nóng)業(yè)農(nóng)村建設(shè)提供有力保障[5-6]。

1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1.1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)選取1對(duì)2景GF-7立體全色影像，前視相機(jī)全色譜段星下點(diǎn)分辨率為0.79m，后視相機(jī)為0.64m，前后視重疊度約 90%，覆蓋面積約591km2，影像質(zhì)量良好。研究區(qū)位于新疆某地區(qū)，地形以平地、山地為主，主要包含房屋建筑區(qū)、道路、水渠等人工地物，地物類型比較豐富。

1.2 控制點(diǎn)采集

在外業(yè)控制點(diǎn)的布設(shè)上，按照能接收到新疆CORS信號(hào)的范圍和道路可通達(dá)性，本著目標(biāo)點(diǎn)明顯、便于轉(zhuǎn)刺和立體觀察的原則，使用網(wǎng)絡(luò)RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）載波相位差分技術(shù)采集了16 個(gè)控制點(diǎn)和 27個(gè)檢查點(diǎn)（共計(jì)43個(gè)），部分區(qū)域外業(yè)實(shí)測(cè)點(diǎn)與GF-7衛(wèi)星影像不能對(duì)應(yīng)，因此剔除無(wú)法轉(zhuǎn)刺到影像的外業(yè)實(shí)測(cè)點(diǎn)，剔除不合格外業(yè)實(shí)測(cè)點(diǎn)后，符合測(cè)試要求控制點(diǎn)數(shù)量為11個(gè)，檢查點(diǎn)數(shù)量為23個(gè)。正常高是通過(guò)新疆似大地精化模型（中誤差為 3.84cm）對(duì)CGCS2000大地高精化獲得。11個(gè)外業(yè)控制點(diǎn)作為空三加密使用數(shù)據(jù)，23個(gè)檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)作為精度驗(yàn)證 使用。

1.3 精度指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)區(qū)DSM數(shù)據(jù)成果按照《基于地理信息數(shù)字成果1∶5000、1∶10000、1∶25000、1∶50000、 1∶100000數(shù)字高程模型》（CHT9002.2-2010）執(zhí)行，精度要求見(jiàn)表1所示。

表1 1∶10000 DSM、DEM高程精度要求

2 數(shù)據(jù)處理流程

利用GF-7前后視立體像對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)源，采用外業(yè)實(shí)測(cè)控制點(diǎn)進(jìn)行影像糾正和建模，用PCI GXL軟件和INPHO軟件分別對(duì)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)RPC/軌道參數(shù)模型進(jìn)行優(yōu)化，輸出優(yōu)化后的RPC，再采用上述2種軟件自動(dòng)匹配DSM，DSM制作流程見(jiàn)圖1。

圖1 DSM制作流程圖

2.1 PCI GXL軟件下的DSM提取

采用 PCI GXL軟件，對(duì)GF-7立體像對(duì)影像整體進(jìn)行影像導(dǎo)入，由于PCI GXL軟件中沒(méi)有GF-7影像的模型參數(shù)，故該文選取有理函數(shù)模型（RFM），且有理函數(shù)模型考慮高程信息，比多項(xiàng)式和薄板樣條函數(shù)等方法更具優(yōu)勢(shì)。把采集到的外業(yè)控制點(diǎn)轉(zhuǎn)刺到影像上，輸出優(yōu)化后的模型并自動(dòng)匹配連接點(diǎn)重新計(jì)算模型，根據(jù)殘差報(bào)告剔除超限點(diǎn)再次修正模型，平差完成后進(jìn)行DSM自動(dòng)匹配。PCI GXL軟件DSM自動(dòng)匹配效果，如圖2所示。

圖2 PCI軟件DSM匹配效果圖

2.2 INPHO軟件下的DSM提取

在INPHO軟件的MATCH-AT衛(wèi)星三角測(cè)量模塊新建工程，輸入工程名稱、保存路徑、定義投影、導(dǎo)入影像及控制點(diǎn)文件、輸入研究區(qū)平均高程、建立場(chǎng)景及區(qū)塊等。對(duì)GF-7立體像對(duì)影像進(jìn)行自動(dòng)連接點(diǎn)提取[7]，在立體環(huán)境下進(jìn)行空三加密像控點(diǎn)數(shù)據(jù)，平差計(jì)算生成模型、精化RPC參數(shù)，平差結(jié)果分析完成后，自動(dòng)匹配生成DSM產(chǎn)品。INPHO軟件DSM自動(dòng)匹配效果，如圖3所示。

圖3 INPHO軟件DSM匹配效果圖

3 結(jié)果與分析

3.1 基于不同軟件的平地DSM精度比較分析

通過(guò)使用以上兩種軟件分別進(jìn)行平地DSM產(chǎn)品制作，可以看出INPHO軟件較PCI GXL軟件精度較高。INPHO軟件中誤差 0.655m，最大偏移值1.153m，最小偏移值0.015m；PCI軟件中誤差 1.025m，最大偏移值1.571m，最小偏移值-0.103m，如表2 所示。

表2 不同軟件平原DSM精度比較

依據(jù)不同軟件匹配生成的DSM所提取各檢查點(diǎn)內(nèi)業(yè)量測(cè)值與外業(yè)實(shí)測(cè)值相當(dāng)，差值大部分在1m以內(nèi)。其中INPHO軟件內(nèi)業(yè)量測(cè)值中有14個(gè)檢查點(diǎn)的差值比PCI軟件內(nèi)業(yè)量測(cè)值更接近外業(yè)實(shí)測(cè)值，除了一個(gè)檢查點(diǎn)差值大于1m，其余14個(gè)點(diǎn)差值均小于1m，中誤差 0.655m，已達(dá)到了平地1∶10 000數(shù)字高程模型三級(jí)指標(biāo)的要求，如圖4、5所示。

圖4 不同軟件內(nèi)業(yè)量測(cè)值比較圖

3.2 基于不同軟件的山地DSM精度比較分析

通過(guò)使用不同軟件進(jìn)行山地DSM產(chǎn)品制作，可以看出采用INPHO軟件較PCI GXL軟件精度較高。INPHO軟件中誤差 1.201m，最大偏移值2.11m，最小偏移值-0.096m；PCI軟件中誤差 1.461m，最大偏移值3.077m，最小偏移值-0.355m，如表3所示。

表3 不同軟件DSM精度比較

依據(jù)不同軟件匹配生成的DSM所提取各檢查點(diǎn)內(nèi)業(yè)量測(cè)值與外業(yè)實(shí)測(cè)值相當(dāng)，差值大部分控制在2.5m以內(nèi)，且中誤差均小于2.5m，已達(dá)到了山地區(qū)域

圖5 不同軟件內(nèi)業(yè)量測(cè)值與外業(yè)實(shí)測(cè)值差值圖

4 結(jié) 語(yǔ)

圍繞GF-7影像在平地及山地區(qū)域1∶10 000比例尺的相關(guān)高程基準(zhǔn)產(chǎn)品精度分析出發(fā)，以網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和正常高精化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，針對(duì)生產(chǎn)的DSM進(jìn)行精度評(píng)定和分析。在采用足夠控制條件下，改正后GF-7立體影像可達(dá)到較高的幾何精度水平，滿足1∶10 000比例尺的立體測(cè)圖精度要求。

主要結(jié)論有以下幾點(diǎn)：

1）通過(guò)使用不同軟件進(jìn)行平地DSM產(chǎn)品制作，可以看出采用INPHO軟件較PCI GXL軟件精度較高。采用INPHO軟件的成果中誤差是 0.655m，采用PCI軟件的成果中誤差是 1.025m，說(shuō)明只有INPHO軟1∶10 000數(shù)字高程模型一級(jí)指標(biāo)的要求。其中INPHO軟件數(shù)值線與外業(yè)實(shí)測(cè)值折線更加吻合，每個(gè)檢查點(diǎn)的內(nèi)業(yè)量測(cè)值比PCI軟件內(nèi)業(yè)量測(cè)值更接近外業(yè)實(shí)測(cè)值，并且僅有1個(gè)檢查點(diǎn)差值大于2m，如圖6、7所示。件得到的自動(dòng)匹配DSM精度已達(dá)到了平地1∶10 000數(shù)字高程模型二級(jí)指標(biāo)的要求。

圖7 不同軟件內(nèi)業(yè)量測(cè)值與外業(yè)實(shí)測(cè)值差值圖

2）在山地區(qū)域，可以看出采用INPHO軟件比PCI GXL軟件精度稍高。采用INPHO軟件的成果中誤差是 1.201m，采用PCI軟件的成果中誤差是 1.461m，說(shuō)明兩套軟件制作的自動(dòng)匹配DSM產(chǎn)品均達(dá)到了山地區(qū)域1∶10 000數(shù)字高程模型一級(jí)指標(biāo)的要求。

3）PCI GXL和INPHO軟件在制作生產(chǎn)數(shù)字表面模型方面各有其特點(diǎn)。INPHO軟件可以在立體環(huán)境下進(jìn)行控制點(diǎn)采集，精度更高，但處理速度較PCI GXL慢； PCI GXL在滿足精度的前提下，處理速度較快、人工干預(yù)度低，工作效率高，可實(shí)現(xiàn)大批量數(shù)據(jù)處理。