遙感衛(wèi)星影像精度糾正試驗(yàn)研究

韓泳敬

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，遙感技術(shù)也逐漸形成高空間分辨率和高光譜分辨率發(fā)展的趨勢(shì)，并在城市規(guī)劃、地籍調(diào)查管理、資源調(diào)查等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。而快速、高精度糾正成了相關(guān)學(xué)者研究重點(diǎn)。在遙感影像生產(chǎn)中，成果精度主要體現(xiàn)在全色影像上。因此，為了提高項(xiàng)目的生產(chǎn)效率，本文對(duì)衛(wèi)星遙感影像制作項(xiàng)目DOM成果影像精度糾正進(jìn)行試驗(yàn)研究，并以廣東省作為試驗(yàn)區(qū)域，通過(guò)選取不同控制點(diǎn)的遙感衛(wèi)星全色影像進(jìn)行比較，并對(duì)產(chǎn)生的誤差進(jìn)行比較。

關(guān)鍵詞 衛(wèi)星遙感影像 全色影像 精度分析

中圖分類號(hào)：V55;TP7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）09-0001-04

1 試驗(yàn)概況

1.1 現(xiàn)狀概述

近年來(lái)，在優(yōu)于一米遙感衛(wèi)星影像制作項(xiàng)目中，使用2014年的廣東省第一次地理國(guó)情普查正射影像項(xiàng)目影像成果作為影像定向糾正參考底圖，因其時(shí)像和實(shí)地地物距今均變化較大，軟件自動(dòng)定向匹配效果逐年不佳，已不能滿足項(xiàng)目生產(chǎn)需要。需使用時(shí)相較新且滿足精度要求的影像成果替代，以提高生產(chǎn)效率。

1.2 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

為提高項(xiàng)目生產(chǎn)效率，針對(duì)當(dāng)前參考底圖定向糾正自動(dòng)匹配效果不佳的問(wèn)題，選用2019-2020優(yōu)于0.5米分辨率衛(wèi)星遙感影像DOM制作項(xiàng)目DOM成果作為影像定向糾正新參考底圖，驗(yàn)證采用新參考底圖糾正制作的影像是否滿足項(xiàng)目要求。

2 資料情況

2.1 基礎(chǔ)原始影像

部、省衛(wèi)星遙感中心統(tǒng)一分批推送的衛(wèi)星遙感影像。分辨率優(yōu)于1米，主要包括高分二號(hào)（GF2）、北京二號(hào)（BJ2）等，另外根據(jù)數(shù)據(jù)獲取和有效覆蓋情況，統(tǒng)一協(xié)調(diào)獲取QuickBird、WorldView-1/2/3/4、Pléiadess-1A/1B、GeoEye-1等國(guó)外高分辨率衛(wèi)星遙感影像，完成全省范圍的覆蓋。

2.2 基礎(chǔ)參考底圖

2019-2020年優(yōu)于0.5米分辨率衛(wèi)星遙感影像DOM制作項(xiàng)目成果。坐標(biāo)系為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，tiff格式，分辨率為0.5米，平面精度中誤差設(shè)計(jì)要求為：平地、丘陵±2.5米，山地、高山地±3.75米，成果平面精度均滿足設(shè)計(jì)要求，由2018年-2019年采集的衛(wèi)星影像和航攝影像生成，覆蓋全省。

2.3 精度檢測(cè)影像

2015年生產(chǎn)的廣東省高分辨率航空影像數(shù)據(jù)建設(shè)項(xiàng)目數(shù)字正射影像圖。坐標(biāo)系為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn);成圖比例尺1：2000;TIFF格式;分辨率優(yōu)于0.2米，平面精度中誤差設(shè)計(jì)要求為：平地、丘陵±1.2米，山地、高山地±1.6米，成果平面精度均滿足設(shè)計(jì)要求。由2013年-2015年采集的航攝影像生成，覆蓋全省。

2.4 基礎(chǔ)高程資料

廣東省數(shù)字高程模型更新項(xiàng)目數(shù)字高程模型成果。2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，高斯—克呂格3°分帶投影、中央子午線分別為111°、114°、117°，1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，格網(wǎng)尺寸2米×2米，高程中誤差精度設(shè)計(jì)要求為平地0.5米、丘陵0.7米、山地1.5米、高山地2米，成果均滿足精度要求。范圍覆蓋全省，由2017-2018年航攝采集的激光點(diǎn)云生成。

3 試驗(yàn)方案

3.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本次試驗(yàn)區(qū)域主要位于粵東、粵西、粵北、珠三角地區(qū)，原始影像數(shù)據(jù)源包括北京二號(hào)、高分二號(hào)、高景一號(hào)、WorldView等常用的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)源，區(qū)域包括懷集縣、廉江市、陽(yáng)春市、普寧市、惠來(lái)縣、陽(yáng)山縣、寶安區(qū)、梅縣區(qū)、蕉嶺縣等，地形類型包括平地、丘陵、山地。

3.2 試驗(yàn)方法

在遙感影像生產(chǎn)中，成果精度主要體現(xiàn)在全色影像上，因此本項(xiàng)目主要分析全色影像的糾正精度。

（1）以基礎(chǔ)參考底圖影像和基礎(chǔ)高程資料為基礎(chǔ)，抽取不同地形類型、不同數(shù)據(jù)源、分布在不同分辨率底圖區(qū)域的衛(wèi)星影像，使用影像處理軟件全自動(dòng)完成衛(wèi)星影像的定向、糾正等處理步驟得到單景正射影像成果，對(duì)全自動(dòng)處理得到的全色影像的精度、匹配點(diǎn)數(shù)量及其分布等進(jìn)行分析，并使用高分影像對(duì)成果進(jìn)行平面精度檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)分析其精度情況，分析以優(yōu)于0.5米分辨率衛(wèi)星遙感影像DOM制作項(xiàng)目成果影像作為參考底圖的定向方法能達(dá)到的精度等級(jí)。[1]

（2）抽取部分不同類型原始影像進(jìn)行全人工定向、糾正等處理步驟得到單景正射影像，分析無(wú)法自動(dòng)選點(diǎn)或自動(dòng)匹配點(diǎn)位不均勻、某個(gè)區(qū)域缺點(diǎn)等時(shí)利用人工進(jìn)行選點(diǎn)（配準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)較少）的情況下正射影像的精度等級(jí)。[2]

本次使用PIEOrtho影像處理軟件進(jìn)行測(cè)試，軟件可自動(dòng)處理衛(wèi)星影像定向匹配、糾正等影像常規(guī)操作，搭載國(guó)內(nèi)外常用衛(wèi)星RPC模型，支持國(guó)內(nèi)外主流衛(wèi)星影像自動(dòng)化處理。軟件處理時(shí)，紋理質(zhì)量和幾何均勻度等參數(shù)設(shè)置為一般，誤差閾值設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)RPC模型誤差閾值等影像糾正常規(guī)參數(shù)設(shè)置。試驗(yàn)具體流程如上圖1所示。[3]

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 全自動(dòng)定向統(tǒng)計(jì)情況

通過(guò)全自動(dòng)定向統(tǒng)計(jì)，具體統(tǒng)計(jì)情況如表1～表3所示。

4.2 人工定向情況

在人工選點(diǎn)中一般要求：對(duì)全色影像上中下位置均勻各選擇至少3個(gè)明顯地物點(diǎn)，具體如表4～表6所示。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)上表全自動(dòng)定向統(tǒng)計(jì)情況和人工定向統(tǒng)計(jì)可以看出：

（1）采用全自動(dòng)定向糾正時(shí)，不同衛(wèi)星類型和地形類型的影像的點(diǎn)位匹配數(shù)量充足，分布均勻，匹配效果良好。全色影像定向中誤差在一個(gè)像素內(nèi)，平面檢測(cè)精度基本小于±2米，精度大大高于項(xiàng)目設(shè)計(jì)限差要求，其中位于平地、成圖分辨率高的影像精度要好于位于山地、成圖分辨率低的影像。

（2）采用人工定向糾正時(shí)，全色影像手工定向點(diǎn)選點(diǎn)分布均勻。全色影像定向中誤差均在一個(gè)像素內(nèi)，平面檢測(cè)精度基本小于±2米，精度大大高于項(xiàng)目設(shè)計(jì)限差要求，其中位于平地、成圖分辨率高的影像精度要好于位于山地、成圖分辨率低的影像精度。

（3）采用全自動(dòng)定向方式時(shí)，全色影像定向中誤差要好于人工定向方式得到的全色影像。全自動(dòng)定向方式得到的單景影像平面精度，無(wú)論位于平地或山地均高于人工定向方式得到的單景影像成果。

5 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析，使用2019-2020年優(yōu)于0.5米分辨率衛(wèi)星遙感影像DOM制作項(xiàng)目DOM成果作為新參考底圖，使用影像處理軟件進(jìn)行全自動(dòng)衛(wèi)星影像的定向、糾正等處理步驟得到的單景正射影像成果，其0.5米分辨率影像中誤差達(dá)±1.04m，0.8米分辨率影像中誤差達(dá)±1.74m，總的優(yōu)于1米分辨率影像成果中誤差達(dá)±1.43m，采用人工定向方法得到的單景正射影像成果，其0.5米分辨率影像中誤差達(dá)±1.78m，0.8米分辨率影像中誤差達(dá)±1.89m，總的優(yōu)于1米分辨率影像成果中誤差達(dá)±1.83m，自動(dòng)和人工方式正射糾正成果精度均無(wú)明顯系統(tǒng)粗差點(diǎn)，能滿足1：10000比例尺±5m的精度要求，甚至能滿足1：5000比例尺±2.5m的精度要求。實(shí)際生產(chǎn)中優(yōu)先使用軟件全自動(dòng)定向方法，無(wú)法自動(dòng)匹配或自動(dòng)匹配時(shí)個(gè)別區(qū)域缺點(diǎn)等情況下，采用人工定向的方式同樣能得到滿足精度要求的影像成果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李偉.衛(wèi)星影像糾正精度的對(duì)比分析[J].經(jīng)緯天地，2019（01）：43-45.

[2] 拓萬(wàn)兵，陳昱蓉，趙新坤.衛(wèi)星遙感影像幾何糾正模型精度對(duì)比研究[J].地理空間信息，2019（05）：50-52.

[3] 許德合，閆堃柘，郭海濤.“天繪一號(hào)”影像正射糾正實(shí)驗(yàn)與精度分析[J].測(cè)繪與空間地理信息，2018（09）：27-30.