数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法，包括以下步骤：(1)数据准备与分析；(2)动态规划区域网平差；(3)数字表面模型数据提取；(4)数字高程模型数据生成；(5)质量检查；(6)数字正射影像生成；(7)数字正射影像产品质量评估，生成流程符合国家与行业规范的数字正射影像产品规定。采用本发明专利技术的方法，生成的数字正射影像精度最低能满足国家标准的1:10000比例尺三级产品精度要求，实现了高精度、高效率、高通用性的数字正射影像生产流程，为无控或少控边境狭长地区数字测图工作提供创新技术方法。

A method of generating Orthophoto Image of narrow and long border area with digital photogrammetry system

【技术实现步骤摘要】
数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法
本专利技术属于民用高分数字摄影测量
，特别涉及一种数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法。
技术介绍
中国内陆边境线延绵狭长，其特殊的自然环境、气候条件和其它敏感因素，是国防建设、边疆维稳重要区域。边境线呈不规则狭长状，区内灾害频发，地形地貌复杂，境外无控制点，境内无人区难以获取控制点，在边境狭长区域大比例尺数字正射影像(DOM)生产过程中存在很多困难，采用常规航空摄影测量作业方式受到限制。随着立体测绘卫星空间分辨率和传感器模型精度和稳定性不断提高，航天摄影测量技术逐渐实现区域范围同轨或异轨立体影像的获取，能够跨越来自边境地区的航空障碍，获得宏观、大量、精准的地表信息。本专利技术是针对边境地区大比例尺DOM生产过程中遇到的技术障碍，提出一种数字摄影测量系统生成内陆边境狭长区域DOM的方法，用于提高大规模边境测图困难地区DOM生产质量与产品精度。系统采用优于0.5米的高分辨率立体测绘卫星影像数据及边境区域周围已有控制资料，通过动态规划区域网平差等过程，将边境四周控制点信息以最优的方式传递至无控制区。利用可控制区内少量控制点和像对匹配的连接点，通过建立连接点与控制点误差方程构建灵活动态的区域网平差模型，获取边境狭长地区数字表面模型(DSM)，经过DSM滤波、数字高程模型数据(DEM)编辑，形成高精度DEM数据。通过DEM质量检查，可作影像正射校正参考数据。将卫星影像导入系统工程，进行影像正射校正、锐化融合、位深调整和镶嵌融合的流程，形成的数字正射影像数据。经过质量检查，最终形成满足国家1:10000比例尺精度指标的DOM产品。该方法已经应用于新疆边境管控地理信息资源建设项目、丝绸之路经济带中巴经济走廊地理要素变化监测及全球地理信息资源建设项目。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决边境狭长区域DOM产品生产困难等问题，提出了一种数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法。采用空间分辨率优于0.5米高分卫星立体像对影像，结合不同尺度DEM和稀少控制点资料，通过动态规划区域网平差、DSM提取、DEM编辑、正射校正等方法，经过质量检查最终形成边境地区高精度DOM产品。本专利技术采用以下技术方案：数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)数据准备与分析：收集数据资料，对数据资料的有效性进行分析检查；所述数据资料包括高分遥感数据及卫星RPC(RationalPolynomialCoefficient)参数、控制点资料以及不同尺度DEM数据；(2)动态规划区域网平差：根据步骤(1)收集的数据资料，依次经过影像导入、卫星传感器模型精度分析、控制点定向、动态分区区域网平差共四个过程，形成平差工程文件用于DSM提取与DOM正射校正；(3)数字表面模型数据提取：基于区域网平差后工程，提取立体像对数据重叠范围内的数字表面模型数据；(4)数字高程模型数据生成：依据生成的测区数字表面模型数据，再依次通过地物判绘、地貌测绘、滤波处理，生成数字高程模型数据；(5)质量检查：检查数字高程模型数据是否符合国家与行业技术指标，不符合则返回步骤(2)重新进行动态规划区域网平差；(6)数字正射影像生成：通过正射校正、锐化融合与镶嵌裁切，获得数字正射影像图产品；(7)数字正射影像产品质量评估，生成符合国家与行业规范的数字正射影像产品。进一步地，所述的数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法，其特征在于，步骤(1)所述高分遥感数据具体为分辨率优于0.5米高分立体像对影像，所述所述卫星RPC参数为卫星采用推扫式CCD(ChargeCoupledDevice)传感器采集的RPC(RationalPolynomialCoefficient)参数文件；不同尺度DEM数据包括中、小比例尺数字高程模型数据，例如国家1：10000和1：50000比例尺DEM；控制点资料为空间精度满足大比例尺精度要求，例如满足1：10000比例尺的高精度像控点等。通过大量的试验表明，在控制覆盖区域，影响区域网平差的因素，依次为空间分辨率、控制区分布、DEM精度、传感器模型精度和视倾角；在稀少控制地区影响区域网平差的因素有空间分辨率、控制区分布、传感器模型精度、DEM精度和视倾角；在无控制区域，影响区域网平差的因素有空间分辨率、传感器模型精度、DEM精度、是否为相同传感器相同轨道影像数据与视倾角。进一步地，所述的数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法，其特征在于，步骤(2)所述影像导入：具体的数字摄影测量系统需新建工程，分别分类步骤(1)收集的分辨率优于0.5米高分立体像对影像的全色波段与多光谱波段，建立相应的工程文件，分别为全色波段工程文件与多光谱工程文件。进一步地，所述的数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法，其特征在于，步骤(2)所述卫星传感器模型精度分析：具体的依据数字摄影测量系统新建的全色波段工程文件，选取不同传感器(例如WorldView2、GeoEye1、高景1号、中国资源三号、天绘一号等)全色波段数据；分别在平原、丘陵、高山与极高山区等不同地貌单元情况下仅利用传感器模型内部控制点生成相应的DEM与DOM数据，并利用有控制区域资料进行精度评价，数据保存至系统传感器模型评价数据库，详见表1所示。数据库中ID为传感器序号；SensorName为传感器名称；Topography为地形地貌单元；Precision为数据精度等级；ApparentAngle为立体像对视倾角；PriorLevel为动态规划优先级，依据不同传感器模型在不同地貌单位中的空间精度评价进行统计分析，从低至高数字“1”表示优先级最高，以此类推。进一步地，所述的数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的控制点定向：具体的依据数字摄影测量系统新建的全色波段工程文件，原则上要求控制点在定向控制测量中应控制整个测区。要求控制点在国界线内尽可能扩展分布到测区范围之外。控制点在影像中要易于精确量测，且尽量分布在多景影像重叠区域内和相同轨道影像四周角点，详见图3所示。步骤(2)中所述的动态分区区域网平差的依据为利用边境区域周围已有控制资料，通过动态规划区域网平差等过程，将边境四周控制点信息以最优的方式传递至狭长无控制区或境外区域。系统利用可控制区内少量控制点和提出残差的像对匹配的连接点，通过建立连接点与控制点误差方程构建灵活动态的区域网平差模型。例如，步骤(1)所述高分立体像对影像皆为推扫式传感器，其RPC模型构像方程如式(1)所示：其中(Xi，Yi)为像点坐标，X0，Y0为内方位元素，Sij(i,j＝1,2,3)为像方坐标系转换到物方坐标系的矩阵元素，(X,Y,Z)为地面点坐标，(Xs,Ys,Zs)为卫星传感器位置。考虑卫星成像模型系统误差，采用有理多项式函本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)数据准备与分析：/n收集数据资料，对数据资料的有效性进行分析检查；所述数据资料包括高分遥感数据及卫星RPC参数、控制点资料以及不同尺度DEM数据；/n(2)动态规划区域网平差：/n根据步骤(1)收集的数据资料，依次经过影像导入、卫星传感器模型精度分析、控制点定向、动态分区区域网平差共四个过程，形成平差工程文件用于DSM提取与DOM正射校正；/n(3)数字表面模型数据提取：/n基于区域网平差后工程，提取立体像对数据重叠范围内的数字表面模型数据；/n(4)数字高程模型数据生成：/n依据生成的测区数字表面模型数据，再依次通过地物判绘、地貌测绘、滤波处理，生成数字高程模型数据；/n(5)质量检查：/n检查数字高程模型数据是否符合国家与行业技术指标，不符合则返回步骤(2)重新进行动态规划区域网平差；/n(6)数字正射影像生成：/n通过正射校正、锐化融合与镶嵌裁切，获得数字正射影像图产品；/n(7)数字正射影像产品质量评估，生成符合国家与行业规范的数字正射影像产品。/n

【技术特征摘要】
1.数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)数据准备与分析：
收集数据资料，对数据资料的有效性进行分析检查；所述数据资料包括高分遥感数据及卫星RPC参数、控制点资料以及不同尺度DEM数据；
(2)动态规划区域网平差：
根据步骤(1)收集的数据资料，依次经过影像导入、卫星传感器模型精度分析、控制点定向、动态分区区域网平差共四个过程，形成平差工程文件用于DSM提取与DOM正射校正；
(3)数字表面模型数据提取：
基于区域网平差后工程，提取立体像对数据重叠范围内的数字表面模型数据；
(4)数字高程模型数据生成：
依据生成的测区数字表面模型数据，再依次通过地物判绘、地貌测绘、滤波处理，生成数字高程模型数据；
(5)质量检查：
检查数字高程模型数据是否符合国家与行业技术指标，不符合则返回步骤(2)重新进行动态规划区域网平差；
(6)数字正射影像生成：
通过正射校正、锐化融合与镶嵌裁切，获得数字正射影像图产品；
(7)数字正射影像产品质量评估，生成符合国家与行业规范的数字正射影像产品。


2.根据权利要求1所述的数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法，其特征在于，步骤(1)所述高分遥感数据具体为分辨率优于0.5米高分立体像对影像，所述卫星RPC参数为卫星采用推扫式CCD传感器采集的RPC参数文件；所述不同尺度DEM数据包括中、小比例尺数字高程模型数据；控制点资料为空间精度满足大比例尺精度要求的高精度像控点。


3.根据权利要求1所述的数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法，其特征在于，步骤(2)所述影像导入：
具体的数字摄影测量系统需新建工程，分别分类步骤(1)收集的分辨率优于0.5米高分立体像对影像的全色波段与多光谱波段，建立相应的工程文件，分别为全色波段工程文件与多光谱工程文件。


4.根据权利要求1所述的数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法，其特征在于，步骤(2)所述卫星传感器模型精度分析：
具体的依据数字摄影测量系统新建的全色波段工程文件，选取不同传感器全色波段数据；分别在平原、丘陵、高山与极高山区不同地貌单元情况下仅利用传感器模型内部控制点生成相应的DEM与DOM数据，并利用有控制区域资料进行精度评价，数据保存至系统传感器模型评价数据库。


5.根据权利要求1所述的数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的控制点定向：
具体的依据数字摄影测量系统新建的全色波段工程文件，原则上要求控制点在定向控制测量中应控制整个测区，要求控制点在国界线内尽可能扩展分布到测区范围之外，控制点在影像中要易于精确量测，且尽量分布在多景影像重叠区域内和相同轨道影像四周角点。


6.根据权利要求1所述的数字摄影测量系统生成边境狭长区域正射影像图的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的动态分区区域网平差的依据为利用边境区域周围已有控制资料，通过动态规划区域网平差过程，将边境四周控制点信息以最优的方式传递至狭长无控制区或境外区域；系统利用可控制区内少量控制点和提出残差的像对匹配的连接点，通过建立连接点与控制点误差方程构建灵活动态的区域网平差模型；具体是利用层次分析法，建立层次结构模型，以优化区域网精度为目标，将区域网精度影响因素与决策对象，按它们之间的相互关系分构建层次结构图，通过构造判断矩阵，确定各层次各因素之间的权重，规划最优方案；其系统生成DOM过程如下：
1)参数初始化：依据任务区和标准图幅面积与数量，将任务区动态格网化为n个单元，以Cn(n＝1,2,3，....)表示，格网间距为数字高程模型数据格网最大间距dmax的n倍；首先参考任务区和标准图幅面积与数量，将任务区动态格网化为n个单元，以Cn(n＝1,2,3，....)表示，格网间距为数字高程模型数据格网最大间距dmax的n倍。格网内的地形地貌、控制、传感器及DEM信息分别用用Tn、Kn、Sn和Dn表示，依据任务区内传感器等信息进行参数初始化赋值。具体的格网内的地形地貌信息用Tn表示，依据任务区地貌特征对Tn输入相应分值(0-30分)；格网内控制信息Kn表示，Kn参数从完全控制分布至无控制分布，k1表示控制信息覆盖,k2表示控制信息部分覆盖,k3表示无控制信息；格网内是否相同传感器参数Sn表示，S1为影像空间分辨率，S2为是否相同轨道，S3为是否同传感器，S4为视倾角，S5为模型精度；其中相同传感器赋值为5分，不同传感器赋值为-5分；相同轨道赋值为10分，不同轨道赋值为-10分；其它参数赋值参考其空间分辨大小、视倾角大小与模型精度，分辨率、模型精度与分值成反比，视倾角大小与分值成正比；格网内的不同尺度DEM信息用Dn表示，D1为DEM精度，D2为DEM格网间距，系统依据参考数据对...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，翟亮，李娜娜，张琴琴，薛磊，李争光，马静，顾芳，詹亮，陶兰花，何芷，曾海燕，李鸿飞，
申请(专利权)人：新疆维吾尔自治区测绘科学研究院，
类型：发明
国别省市：新疆;65