资源三号卫星DSM精度评估_刘翔.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月 北京测绘 引文格式:刘翔,唐新明,祝小勇,等资源三号卫星 精度评估北京测绘,():,():收稿日期 基金项目 国家重点研发计划();高分测绘应用示范项目二期()作者简介 刘翔(),男,山东莱西人,硕士在读,研究方向为摄影测量与遥感。:通信作者 祝小勇,:资源三号卫星 精度评估刘 翔,唐新明,祝小勇 丁健行 曲 典,(山东科技大学 测绘与空间信息学院,山东 青岛;自然资源部国土卫星遥感应用中心,北京)摘 要 本文主要验证资源三号卫星生产数字表面模型()产品精度。利用整体精度评价指标对平差后 产品进行了精度评价。实验结果表明,、生产的 产品精度依次提高,均方根误差分别为 、
2、;同一颗卫星 月比 月的立体像对生产的 数据精度高;基于前后视立体影像生产的 产品的高程精度明显优于基于前正视和基于后正视立体影像生产的产品。关键词 资源三号卫星;数字表面模型;精度评价;精度验证中图分类号 文献标识码 文章编号()引言数字表面模型(,)描述的是地表高程信息,它在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、通信、军事等国民经济和国防建设以及人文和自然科学领域有着广泛的应用。特别是随着实景三维项目的发展,对 提取精度有了新的要求。获取 可以直接实地测量、矢量地形图法、航空航天影像中提取或者从现有的地形图上采集。资源三号卫星()由资源三号 星()、资源三号 星()、资源三号 星(
3、)组成。是我国测绘手段从以航空为主转向航空和航天相互补充的大背景下推动建设的国内首个民用立体测绘卫星工程。是我国首颗民用高分辨率光学传输型立体测图卫星,卫星采用三线阵测绘方式,由具有一定交会角的前视、正视和后视相机对地面进行观测,正视分辨率为.,前后视分辨率为.。星是一颗高分辨率立体测图业务卫星,搭载三线阵测绘相机和多光谱相机等有效载荷,其中三线阵全色相机拍摄得到的立体像对可用于制作精度较高的数字高程模型(,)产品,在 的基础上进行优化,前后视分辨率由.提高到.,与 组星可使重访周期由 变为 。具备多角度立体观测和激光高程控制点测量能力,前后视分辨率为.,三颗星组网可使重访周期变为一天,大幅提
4、高获取地物信息源能力。南希等以青藏高原东麓深切河谷区为研究区域,讨论了典型山区这一地形条件航天飞机雷达地形测绘计划(,)与先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型(,)数据的精度对比;张品等利 用 重 力 剖 面 的 全 球 定 位 系 统(,)数据,选取贵阳维西和北京测绘第 卷 第 期金川犍为两个重力剖面对 模型进行了垂直精度评估;张朝忙等选取我国境内 个省份地区的平原、丘陵、盆地、山地等地形区域作为典型研究区,通过 面误差可视化分析、面误差信息熵模型、中误差模型等方法对 数据高程精度质量做了分析。王晋等用 激光点辅助的卫星影像模型法立体区域网平差方法对山东省的天绘一号卫星立体影像进行了平
5、差试验,无控高程精度提升至 以内。杜小平等利用 数据对中国的典型低海拔沿海平原地区山东半岛地区的 和 的垂直精度进行了对比研究,得出在海拔低于 的地区,和 的垂直精度分别达到.和.。在资源三号卫星影像和基础地理信息产品应用和精度评价方面:张浩等提出了以 产品作为控制基准,开展独立模型法的 区域网平差实验,获得 的定向参数和立体影像的成像几何模型参数,试验结果将资源三号正视全色影像的平面定向精度由.像素提高到.像素。李阳等以西藏墨竹工卡县测区为实验区,对不同数量控制点条件下的资源三号 提取结果进行了精度评定,分析了 精度与控制点的数量的关系。对上述国内外的研究现状的总结与分析,可以进一步发现,目
6、前对 数据精度的评价研究方法较为集中,主要集中在引入的不同类型或不同精度的参考数据。本文对基于资源三号卫星三线阵立体影像生产的 产品的几何质量进行评价,特别是对高程精度进行检测,从而评估资源三号三线阵立体影像及基于其生产的 产品的质量。在质量评价和误差统计的实验结果上,对 产品的误差进行分析来验证资源三号卫星生产 数据精度。数据集本文使用资源三号卫星三颗星六景三线阵影像(、)进行实验,根据 个像对组合生产了 产品。参考 数据分辨率为 。实验对象为黑龙江肇东地区,实验区域六景影像均无云层覆盖。影像提供了标准源数据和有理多项式(,)文件。实验数据选取 月影像,以降低植被对 的高程精度影响,便于对地
7、表起伏的表达更真实,影像数据信息见表。表 实验所用影像数据信息卫星时间轨道号 生成利用资源三号的前视、后视、正视三视全色影像,根据不同的像对组合共生产 个 进行后续实验,正视分辨率为.,前后视分辨率为.;正视分辨率为.,前后视 分 辨 率 为.;正 视 分 辨 率 为.,前后视分辨率为.。通过使用 模型对影像进行定位并生产,流程如图 所示。控制点信息连接点生成区域网平差同名点匹配解算地面点坐标核线影像生成DSM生成RFM参数参考DSM高程点ZY3三线阵影像图 生产流程 模型是直接采用数学函数将地面点大地坐标(,)与其对应的像点坐标(,第 卷 第 期刘翔,唐新明,祝小勇,等资源三号卫星 精度评估
8、)用比值多项式关联起来的一种广义的遥感卫星传感器成像几何模型,模型比值多项式为Y(,)(,)(,)(,)|()式中,(,)表示标准化后的经纬度和高程;(,Y)表示标准化后的像点坐标。基于 前方交会模型基于 模型前方交会是通过前后视像点坐标(,),(,)交会出地面点坐标(,),模型公式为 (,)(,)(,)(,)|()式中,(,)表示在影像上直接量测的像点坐标;(,)表示经纬度、高程初始值标准化值;(,)、(,)可通过 文件获得。对于立体像对,左右像片同名点坐标(,),(,)误差方程为cc|()式中,、表示左右影像实测的像点坐标;、通过标准化大地坐标近似值计算得到。误差方程简写成 ()平差结果为
9、()()计算结果 为未知参数的改正数,经过改正后的未知参数需要代入公式进行迭代计算,获得最终结果,即初始值大地坐标(,)加上 中未知参数的改正数得到新的大地坐标,再代入误差方程中计算。基于 区域网平差模型影像上仿射变换公式()Y ()Y Y ()式中,(,)表示控制点在影像上的量测坐标;(,Y)为地面控制点利用 投影到影像面的投影值;(,)为影像面的仿射变换参数。匹配算法在本文中,使用快速傅立叶变换相位匹配算法(,)从左右影像提取连接点。提取方法为半全局匹配算法(,),虽然名为半全局匹配,但实际上还是采用全局匹配算法中最优化能量函数的思想,即寻找每个像素的最优视差来使得整张影像的全局能量函数最
10、小,从而在精度和效率上实现较好的平衡。像素采样间隔设置为,数字地面模型(,)采样像素输出像元精度为.,即每个像素在 左右。先对效果较差区域进行插值,再通过高程值自动滤波对 进行填充和滤波,以提高输出 质量。以均方根误差作为控制点和连接点的精度表征指标,控制点和连接点的精度符合要求,见表。均方根误差()的计算为 ()()()式中,均方根误差里()是各点的高程值;()是参考 的高程值;是像素点个数。由于均方根误差将实验 与参考 联系起来,所以可以很好地作为标准去评价实验 的结果。表 控制点及连接点精度单位:像元卫星信息东西方向控制点精度南北方向控制点精度东西方向连接点精度南北方向连接点精度.北京测
11、绘第 卷 第 期续表卫星信息东西方向控制点精度南北方向控制点精度东西方向连接点精度南北方向连接点精度.()平均值对选取的实验区域各像素高程值与参考影像对应像素值做差值,然后计算各差值的算数平均值。可以大概了解差值的范围。()式中,为各像素点差值;为选定区域内像素点个数。()标准差 ()()式中,为各像素点高程值;为生成 各像素点高程平均值,标准差主要用来查看各数据的离散情况。数值越大说明各数据越分散,数值越小,代表生成的各 高程值越集中,效果较稳定。()峰度指数 ()()()峰度指数越大说明极端值越多,峰度指数越小说明极端值越少。所以峰度指数可以用来评价软件生成 的效率好坏。()异常值百分比各
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