摘要：依托于巴基斯坦ML-1数字化测图项目，利用高分辨率立体测绘卫星WorldView，进行满足铁路勘测初步设计阶段需要的1:2000制图精度和流程研究。对于丰富高分辨率卫星影像在境外铁路勘测制图中的应用具有参考价值。
关键词：卫星影像; 空三加密; WorldView
Abstract：The research based on the 1:2000 survey and mapping project of ML-1 railway in Pakistan by WorldView satellite images. The aim is to develop the application and process of high resolution satellite images in overseas railway digital survey and mapping projects.
Key words：satellite image; aerial triangulation; WorldView
1 现状分析
随着卫星影像空间分辨率的进一步提高，轨道参数的不断精确，卫星影像立体测图逐渐成为一种高效率的勘测制图手段，广泛地应用于铁路、铁路等勘察设计制图项目中。相比于传统的航空影像，卫星影像覆盖面积大、制图所需的外控成果少，这使得卫星影像立体测图相比于航空影像制图，有着更高的制图效率。特别是在困难地区以及境外制图项目中，航空摄影及航测外控难以进行，高分辨率卫星影像测图更是逐渐发挥了重要的作用。 基于其他学者的研究，卫星影像制图在1:10000,1:5000等比例尺测图方面能够满足精度要求，但在对于更大比例尺，例如1:2000的境外铁路勘测制图精度方面研究与尝试较少。依托于巴基斯坦境外铁路1：2000地形图制图任务需求，本次研究采用的是高分辨率卫星立体测图影像WorldView， 为今后的卫星影像制图，特别是境外铁路制图项目起到借鉴和指导的作用。
2 研究区域及卫星影像概况
本项目采用卫星影像进行巴基斯坦伊斯坦布尔至白沙瓦铁路航测内业制图工作。线路位于巴基斯坦的北部,线路起点伊斯兰堡的戈尔拉、向西北经塔克西拉、瓦赫、阿特克县、瑙谢拉县、阿曼加赫到白沙瓦城主线路全长大约166km。支线由塔克西拉向北经赫里布尔、到达哈维连线路长大约55KM。线路地理位置:北纬33°36′—34°04′，东经71°33′—73°10′。线路经过山区丘陵地形。
WorldView系列卫星属于美国DigitalGlobe公司，是当前对地观测商用卫星领域中高空间分辨率卫星之一，其由WorldViewⅠ和WorldViewⅡ两颗卫星组成，其全色数据影像空间分辨率（GSD）为0.5米。本次提供的影像为全色黑白立体像对数据，立体像对为ISD基础产品格式，包含有星历文件（*.EPH）、飞行姿态文件（*.ATT）、地理信息文件（*.GEO）、立体像对文件（*.GEO）以及RPC参数文件（*.RPB）。基础产品经过了辐射纠正及传感器校正，为WGS84的大地坐标系统。区域内整体云量小于4%。立体像对的拍摄时间大多为2015年之后，共对9个测区21对立体像对进行了加密作业，总面积4039平方公里。
3 试验研究
3.1像控测量
采用工程独立坐标系统，采用WGS84椭球，ITRF2005参考框架，高斯投影，中央子午线为72°，高程系统采用巴基斯坦国家高程基准。像控点的布设主要依据TB10050-2010《铁路工程摄影测量规范》，GB/T 7931-2008《1:500、1:1000、1:2000地形图航空摄影测量外业规范》，根据像对的覆盖及重叠情况进行区域网布点，分布在影像的四周和中部，像对重叠区域应尽量保证有控制点。采用GPS静态观测，共布设255个控制点, 选刺目标清晰可辨，易于量测。像控点高程采用GPS水准测量方法拟合，分段拟合时要进行充分检验。设350个检查点，用于空三加密及数字线划图（DLG）成果的精度评定，以验证研究方案的可行性。
3.2卫星影像空三加密
卫星影像空三加密定位采用航天远景SATmatrix完成。主要采用RPC参数+控制点的模式来进行空三加密。通过卫星影像RPC参数定位，自动匹配，量测外业点，进行改正数计算及区域网平差,完成空三加密并输出精度报告。
3.2.1 卫星影像预处理
利用ERDAS软件将16bit影像转换为8bit影像。调整亮度对比度后可使影像灰度均匀、反差适中，不同时间影像间色调基本一致，能够提高影像匹配精度。
3.2.2 自动匹配及粗差探测
内业加密点采用SATmatrix模块，首先经过程序自动匹配，结合人工手动量测。匹配完成后，均应进行粗差探测，删除不可靠点、精度差的点及像片边缘的点。在RPC空三界面下进行模型连接点的量测，选择自由网模式，先在6个标准点位置量测模型连接点，再加密其它连接点。保证每个像对有一个接边点，两测段接边处至少有2-3个接边点。
3.2.3 外业像控点量测
外控点应在立体模型上仔细准确量测。由于卫星影像RPC参数的区域网平差主要校正像方偏移为主的系统误差，因此，对于每个测区而言，较少的控制点即可提高空三加密精度。位置不明确，量测误差较大的控制点应舍去。应尽量保留像对四个角点位置的控制点量测以及多度重叠区的控制点量测，如图1所示。最终保证大部分测区像点单位权中误差在0.5个像素，并输出空三成果报告。
图1 影像覆盖及加密测区划分
3.3 采集编辑成图
地形图要素采集由JX4和MapMatrix全数字摄影测量工作站完成。结合外业调绘及补测成果，采集各类要素完成。参照规范GB/T《基础地理信息要素分类与代码》。在航天远景Mapmatrix中，立体采集经过模型定向，根据影像条带中加载的影像，按照命名规则分别进行立体像对的创建，进入FeatureOne矢量数据采集窗口。打开实时核线影像，在此平台下完成地形图要素采集工作。
数字地形图及DEM的编辑工作利用AutoCAD环境下的DLGmate 图形编辑软件完成。参照GB/T 7930-2008《1:500、1:1000、1:2000地形图航空摄影测量内业规范》及 GB/T 20257.1-2007《国家基本比例尺地图图式 第一部分： 1:500、1:1000、1:2000地形图图式》。按照图式要求对采集的数据进行编辑，符号化各种线型、线宽、注记等内容，制作成数字线划图，如图2所示。
图2 1:2000数字线划图
4 精度检验
4.1空三加密精度统计
定向控制点的均方根中误差及残差如表1。
表1 空三加密精度统计
注：Mx--X中误差,My--Y中误差,Mz--Z中误差,单位均为米。Dx--X最大误差,Dy--Y最大误差,Dz--Z最大误差,单位均为米
根据空三加密精度统计报告可得，8个测区定向控制点单位权中误差控制在0.65个像素内，大部分测区在0.5个像素内，定向质量较好。
4.2地形图制图精度统计
根据测区地形等级，满足铁路勘测规范的1:2000地形图的精度应符合表2规定。
表2 铁路1：2000地形图精度要求
根据实测检查点与卫星影像绘制的地形图相比较，通过统计，得出350个检查控制点的平面位置中误差为1.185mm，满足山岭区1：2000铁路制图图上地物点对附近野外点的平面位置中误差±1.2mm范围内。对于山区地区，等高距为两米的情况下，检查控制点高程中误差为1.65m，满足1：2000铁路制图高程中误差±2m之内。因此，地形图精度满足1：2000铁路勘测制图精度要求。
通过以上精度统计分析，WorldView卫星定位精度稳定，布设控制点充足合理的情况下，空三加密定向精度及地形图制图精度基本能够达到山区1：2000铁路制图规范要求。地形图精度统计见表3。
表3 检查点平面及高程中误差统计
5 结束语
基于海外铁路项目面临的基础资料奇缺和获取困难的问题，高分辨率卫星影像立体影像测绘地形图成为了很好的手段，具有较高的定位精度和时效性，与传统航空摄影测量形成互补，特别适合海外制图项目。由于WorldView卫星影像轨道姿态参数——RPC参数较为准确，立体测图所需要的外业控制点也较少。控制点布设合理，影像质量较好且植被覆盖较少的前提下，WorldView卫星影像立体测图可以满足山区1:2000铁路勘测地形图制图精度要求。经过这些尝试及研究，形成了基于WorldViewⅠ和WorldViewⅡ 的卫星遥感影像立体测图技术流程。相比于航空摄影，利用卫星影像测图在航摄条件困难以及像控点布设困难的地区具有一定优越性。在铁路、铁路、电力等带状勘测制图项目中能够提高制图效率、缩短制图周期。基于这些试验与研究，拓展了卫星影像立体测图在境外铁路勘测中的应用。该项技术在海外铁路勘测制图项目中值得进一步推广和应用。
参考文献
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作者简介
亢邈迒，男，（1990.3- ），助理工程师，毕业于香港中文大学摄影测量与遥感专业，现于中铁第一勘察设计院集团有限公司工作，陕西西安，邮编710043。
论文作者:亢邈迒
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
标签：影像论文; 地形图论文; 精度论文; 误差论文; 铁路论文; 巴基斯坦论文; 高程论文; 《基层建设》2019年第12期论文;