华山地区立体卫星影像空三加密应用研究

谢三五，李 昕，朱仁义

(自然资源部第一地理信息制图院，陕西 西安 710054)

0 引 言

空三加密是航空摄影测量测图过程中至关重要的步骤,加密成果的精度直接影响了航测的成图质量。和广泛应用的航空影像相比，分辨率相对低、初始内定向精度相对差的立体卫星影像在实际生产中难度更大。目前有不少学者进行了针对国产资源三号[1]、嫦娥一(二)号[2]等立体卫星影像的加密应用、精度分析等研究，但一般均没有具体讨论在特殊的地势复杂区域的应用情况。本文通过秦岭地区1∶10 000空白区测图工程像片控制测量生产项目，使用VirtuoZo立体卫星影像加密模块进行印度IRS-P5 同轨立体影像数据的实际应用分析。通过研究试验，总结出了在地形地貌困难区域进行卫星影像空三加密的技术应用技巧，旨在为类似的空三加密工作提供借鉴。

1 地区概况

华山向来以挺拔俊秀、百刃壁立、刀劈斧削而著称。整个华山地区地势险峻，群山连绵，起伏悬殊，海拔跨度大，尤其是景区顶峰附近,高程落差近800 m。其陡峭、特殊的地形地貌给地形复杂地区加密工作的精度控制研究提供了典型的案例。

2 前期工作准备

2.1 数据准备

2.1.1 立体卫星影像数据

测区卫星影像为印度IRS-P5 同轨立体影像数据共计18景(9个立体像对)，IRS-P5同轨立体影像数据作为生产的基础影像数据。数据时相为2009年7月-2012年11月，影像时相跨度较大。受分辨率和色彩模式的限制，质量较差。

2.1.2 控制点资料

野外像片控制点目标选择的好坏和指示点位的准确程度,直接影响成果的精度。前期外业在野外采集到可利用高精度控制点29个，解算坐标后，利用似大地水准面精化成果转换为大地高提供加密使用。

2.2 软件平台与技术流程设计

VirtuoZo全数字摄影测量系统，是一个系统功能强大、先进综合的空间地理数据通用生产平台，可以为用户提供从自动空中三角测量到测绘各种比例尺地形图的全套整体作业流程解决方案[3]。本项目利用VirtuoZo的卫星影像加密模块进行生产。在立体环境中进行内定向和控制点量测。整体技术流程如图1所示。

图1 工艺流程图

3 加密细节分析

3.1 内定向

VirtuoZo自动生成大量连接点。一般情况下的自动内定向，生成的连接点普遍分布均匀、错误点少。受到地势复杂、大部分地区无明显人工地物的影响，在本测区内，软件初次生成的连接点有很大一部分质量不佳，存在同名地物点匹配位置错误的缺陷，经过目视检查，基本出现在大片阴影、大面积树林覆盖处，需要进行修改。VirtuoZo提供了联动式的半自动连接点采集，确定一个点位后，在其他关联影像上自动判别位置，然后进行人工微调，极好地提高了作业效率。

通过修测错误点位，根据测区点位分布情况人工补采连接点后，共计采集了157个模型连接点，经过平差计算，满足了规范要求的一个像素的中误差限差，基本满足了各个模型间的定向控制要求。

3.2 区域网平差

将9个像对的原始影像导入工程，拾取其初始RPC参数。导入29个像控点，对其质量和位置进行分析，最后选取了17个作为控制点参与区域网平差计算，其余点作为检查点。控制点和检查点在测区内的分布情况如图2所示，控制点的点位基本分布均匀。

图2 像控点缩略图

华山南峰布置的控制点，高程约为2 064 m，布点处10 m外即为山崖，落差达800 m以上。此控制点后期解算时经精度评价，不适宜作为控制点使用，将其设置为了检查点进行整网的精度评价。

虽然在测区中部(即华山景区内)无控制点，但其周边的控制点形成了三角网控制，能够保证控制要求。其余区域基本达到了景间重叠控制的目的。根据设置进行区域网平差作业，在软件中与连接点同时进行粗差检查和调整，VirtuoZo提供了像对联动界面来进行点位查看、选择和调整，比较直观地展现了整个工程中的点位分布情况。软件环境中的点位修测示例如图3所示。

图3 点位修测示例图

由于全色影像分辨率为2.5 m，在立体环境中，整体层次较为模糊，对高程的定位产生了很大的影响。在量测完成后，进行第一次平差计算，将误差较大的控制点进行排查：首先排查人为因素造成的错误，然后进行立体环境下的点位调节。由于个别点位处于海拔高的景区内，2.5 m的平面范围内可能有近10 m的高程差，因此需要通过反复的调节来找准点位的真实地面位置。

通过在立体环境下进行人工修测，区域网平差结果最终满足《1∶5000 1∶10 000地形图航空摄影测量内业规范》(GB/T 13990-2012)的定向精度要求，整体单位权中误差为0.354个像元。加密精度情况如表1所示。

表1 加密精度情况统计

完成的空三加密成果报告显示，所有控制点的均方根中误差中：X方向为0.477 m，Y方向为0.665 m，Z方向为1.052 m，精度情况良好。

12个检查点经过计算，均方根中误差为X方向1.147 m，Y方向1.028 m，Z方向3.724 m。华山南峰峰顶的检查点受到极端地势的影响，高程误差为10.007 m，偏高，影响了整体检查点的Z值精度。但通过统计，整体精度情况已完全满足1∶10 000航测作业要求。

4 总 结

(1)VirtuoZo在卫星影像空三加密处理上有一定的优势：自动内定向加密点采集方便，虽然受到特殊测区的影响，部分点位质量欠佳，但是已减少了大量的人工作业量。同时，连接点保证高精度的情况下，在大幅面卫星影像上虽然数量较少，仍然可以满足定向要求。

(2)软件所带的PATB光束法区域网平差程序，自身已具备高精度的平差计算功能。控制点在平差中出现误差过大的情况，应仔细分析原因，从控制点本身着手排查，必要时与外业确认像控点本身的质量。如果非控制点自身质量原因，应重点检查周边连接点的匹配情况，避免分布不均、位置错误等质量问题。

(3)即使在地势特征极端的华山地区，通过本文的VirtuoZo空三加密技术路线执行，也可保证成果精度满足所对应比例尺的航测成图精度要求。