基于资源三号立体卫星影像制作三维场景及精度验证

基于资源三号立体卫星影像制作三维场景及精度验证

李洁1    ,解益辰2

1.四川省冶金地质勘查局测绘工程大队，四川成都，610100  2.自然资源部第三航测遥感院，四川成都，610100

摘要：目前，我国自主研发的资源三号立体测绘卫星，已广泛应用于1:50000比例尺立体测图及其它基础地理信息产品的生产和更新。本文以已有资料区域为试验区，利用已有资源三号测绘卫星立体像对数据，进行了一幅1:50000标准比例尺图幅的10米格网数字高程模型（DEM）和2米分辨率数字正射影像（DOM）生产试验，利用试验生产的10米格网DEM和2米分辨率DOM在ArcSence下构建地形级三维场景数据，并利用野外实地采集的检查点数据对DEM和DOM产品成果的精度进行检测，以此验证技术路线的可行性。

关键词：资源三号；立体像对；三维场景；精度验证

0 引言

资源三号卫星是我国首颗高分辨率三线阵立体测图卫星，其配置了一组空间分辨率为2.1m的下视全色CCD相机和3.5m的前、后视全色CCD相机，一台空间分辨率为5.8m的多光谱相机[1-2]。

数字高程模型（DEM）应用广泛，滑坡监测、三维可视化、数字区调等工作都需要以DEM数据为基础。获取的方式也很多，传统的是通过野外实测、地形图数字化及数字摄影测量法来构建DEM，虽精度高，但在交通不便的区域消耗的人力与物力过大。因此，使用卫星遥感图像立体像对生产DEM的方式，数据更新周期更短，资金投入更少，更值得推广[3-4]。如：Akira Hirano等利用ASTER立体相对提取了DEM，并在全球选取4个试验区对DEM高程精度进行了评价，其结果在7-15m之间[5]。

本文利用试验区内已有资源三号三视影像数据和像控点数据，采用传统“五点法”布设定向点，进行区域网平差。基于区域网平差成果，选取一幅1:50000图幅采用立体像对匹配的方式制作10米格网DEM数据，利用生产的10米格网DEM数据和资源三号下视影像制作2米分辨率DOM数据，再利用生产的10米格网DEM和2米分辨率DOM数据构建地形级三维场景数据以及完成生产的10米格网DEM和2米分辨率DOM产品成果的精度验证。

1 试验区与试验数据

1）区域网平差与精度检测数据

选取了位于省内的已有影像覆盖区域进行区域网平差。区域网平差区域地形起伏大，坡底变化大地。涉及6景资源三号三线阵立体卫星像对，影像整体颜色和清晰度良好，个别区域有云覆盖。按照传统“五点法”区域网布点方式，在试验区内选取点8个控制，18个检查点，均由野外实测得到。

2）试验图幅实景三维制作与精度检测数据

基于“五点法”区域网平差加密成果，在试验区内选取1幅1:50000图幅地形类别为丘陵地，进行10米格网DEM和2米分辨率DOM制作，并基于制作的DEM/DOM数据构建三维场景，涉及2景资源三号三线阵立体卫星像对。以及在这幅图内，采用野外像片控制测量的方式采集了31个野外检查点，具体分布如下图所示：

 实景三维生产试验区及检查点分布示意图

2 区域网平差及精度检测

以资源三号三线阵立体卫星像对、外业像片控制点成果为基本资料，按传统“五点法”布设控制点，利用PixelGrid软件进行区域网平差，再利用已有的18个检查点对区域网平差结果进行检测，并对检查点的中误差、最大误差进行统计。其结果如下：平面中误差为1.218米，平面最大误差为2.103米，高程中误差为1.023米，高程最大误差为1.911米。

按照《数字航空摄影测量空中三角测量规范》中关于1:50000比例尺地理信息产品对于基本定向点、检查点的误差要求进行区域网平差。通过分析，可以得出此次区域网平差成果满足1:50000成图比例图平地的平面和高程精度要求。

3 DEM/DOM制作及精度检测

利用野外实测的31个图幅检查点，对制作的10米格网DEM和2米分辨率DOM成果进行精度检测，并对检查点的中误差、最大误差进行统计。其结果如下：：DEM高程中误差为1.286米，DEM最大高程误差为2.837米；DOM平面中误差为1.910米，DOM平面最大误差为3.721米。

按照《数字航空摄影测量空中三角测量规范》中关于1:50000比例尺地理信息产品对于DEM和DOM成果的误差要求进行精度检测。经分析，此次试验图幅生产的10米格网DEM和2米分辨率DOM成果，满足1:50000成图比例图丘陵地的平面和高程精度要求。

4 生成实景三维场景

基于Arcgis软件中的三维场景展示程序ArcSence，将试验生产的10米格网DEM和2米分辨率DOM成果进行叠加，快速生产地形级实景三维场景数据。

5 结果评价

通过此次试验，分析了试验区立体模型、样本图幅DEM和DOM成果的精度。具体对比结果总结如下：

（1）基于资源三号立体影像和RPC参数（rpc），采用传统“五点法”定向方式进行区域网平差，所得到的区域网平差成果可满足1:5万相应规范要求；

（2）基于资源三号立体模型，采用“DSM匹配+DEM人工滤波编辑”的方式生产的10米格网DEM成果，可满足1:5万DEM相应规范要求；

（3）基于资源三号卫星影像，结合试验生产的10米格网DEM成果，采用正射纠正、影像融合等方式生产的2米分辨率DOM成果，可满足1:5万DOM成果相应规范要求；

（4）基于资源三号卫星影像，采用野外控制点进行区域网平差；基于区域网平差成果，经DSM匹配、DEM滤波编辑、影像正射纠正、影像融合等处理，得到DEM和DOM成果；基于DEM和DOM成果，在ArcSence程序中通过叠加的方式，制作地形级实景三维场景数据；上述技术流程通过试验证明可行。

6 存在问题与建议

（1）由于受GPS接收信号强弱影响，外业采集的精度检测点，大多数位于试验区内较平坦开阔的区域，故无法真实体现试验区内地形突变或遮挡较严重区域的DEM成果精度。

（2）由于资源三号立体卫星影像分辨率较低、部分区域的立体模型存在发虚现象，导致不同测试人员在立体模型中采集的检查点误差较大（一般1米左右，大的有3米）。因此，本次试验精度检测结果存在一定程度的人为判读影响。

（3）利用资源三号影像立体像对可快速提取DEM数据，但在同名点自动匹配精度较差德区域，需要大量的手工编辑工作，因此，如何克服这些困难是今后的一个研究方向。

参考文献（References）：

[1] 兰穹穹,郝雪涛,齐怀川.资源三号卫星影像DEM提取与精度分析[J].遥感信息,2015,03(期):P16-20.

[2] 李德仁. 我国第一颗民用三线阵立体测图卫星—资源三号测绘卫星[J]. 测绘学报,2012,03(期):P5-10.

[3] 李阳.基于资源三号卫星立体像对的DEM 提取及精度分析［D］.成都:成都理工大学,2015.

[4] 陈银,罗小军,七珂珂等. 基于资源三号卫星立体像对的DEM提取实验及其应用——以拉萨市城关区为例[J]. 测绘与空间地理信息,2019,02(期):P75-77+P82.

[5] 马保东,吴立新，许志华. 利用资源三号测绘卫星立体像对提取DEM及精度评价—以神东矿区大柳塔为例[J]. 测绘通报,2013,11(期):P71+P75-76+P83.

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