摘要

立體測(cè)繪衛(wèi)星在無(wú)地面控制點(diǎn)條件下的定位精度受到顯著制約，尤其是高程精度問(wèn)題仍然突出。對(duì)此，本文提出了一種結(jié)合激光高程點(diǎn)輔助的定位精度優(yōu)化方法。首先，對(duì)雙線陣前后視立體影像進(jìn)行精確匹配；其次，將ICESat-2激光高程點(diǎn)與雙線陣影像進(jìn)行精準(zhǔn)匹配；最后，構(gòu)建外方位元素分段多項(xiàng)式的嚴(yán)密成像模型，并開展激光高程點(diǎn)輔助的精密模型平差。為驗(yàn)證所提方法的有效性，本文選取了澳大利亞、日本和美國(guó)3個(gè)測(cè)區(qū)的5景高分十四號(hào)衛(wèi)星影像，并結(jié)合ICESat-2激光數(shù)據(jù)及地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明：該方法能夠顯著提升立體測(cè)繪衛(wèi)星在無(wú)地面控制條件下的高程精度，整體定位精度優(yōu)于1.5 m，其中，澳大利亞測(cè)區(qū)的高程精度最高可達(dá)0.63 m。研究結(jié)果為全球無(wú)地面控制條件下的測(cè)圖應(yīng)用提供了高效、可靠的技術(shù)支撐。

引用

[1] 李祝鑫,王重陽(yáng),王慧,等. 基于激光高程點(diǎn)輔助的立體測(cè)繪衛(wèi)星定位精度優(yōu)化方法[J/OL]. 測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào), 1-11 [2026-06-16]. https://kns.cnki.net/kcms/detail/10.1974.P.20260430.1604.002.html.

引言

為提升立體測(cè)繪衛(wèi)星在無(wú)地面控制條件下的定位精度，本文研究基于衛(wèi)星影像嚴(yán)密幾何成像模型，采用分段多項(xiàng)式模型的平差方法對(duì)條帶觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體平差處理，充分顧及條帶數(shù)據(jù)誤差的一致性特征，從而有效抑制系統(tǒng)誤差對(duì)定位精度的影響。經(jīng)此平差處理后，由嚴(yán)密幾何模型生成的有理多項(xiàng)式系數(shù)（RPC）具備較高精度，后續(xù)使用該RPC時(shí)無(wú)需再進(jìn)行額外的平差處理。同時(shí)，引入高精度激光高程點(diǎn)（如ICESat-2）作為外部控制信息，構(gòu)建一種融合激光測(cè)高數(shù)據(jù)與立體影像的聯(lián)合平差模型，重點(diǎn)研究激光點(diǎn)與影像的精確配準(zhǔn)以及激光高程點(diǎn)輔助的嚴(yán)密模型平差技術(shù)，以期通過(guò)多源數(shù)據(jù)融合進(jìn)一步提升整體優(yōu)化平差的精度。為區(qū)分條帶整體平差與激光高程約束對(duì)精度提升的貢獻(xiàn)，本文設(shè)置了直接定位、分段多項(xiàng)式嚴(yán)密模型平差以及激光高程點(diǎn)輔助平差3種方案進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。為驗(yàn)證所提方法的有效性，實(shí)驗(yàn)選取澳大利亞與日本平原地區(qū)和美國(guó)山地地區(qū)的3個(gè)測(cè)區(qū)的5對(duì)GF-14衛(wèi)星影像開展實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：激光高程點(diǎn)輔助下的嚴(yán)密模型平差方法能夠有效補(bǔ)償衛(wèi)星成像過(guò)程中的系統(tǒng)誤差，顯著提升立體定位精度，可為無(wú)地面控制條件下的衛(wèi)星定位精度提升與測(cè)圖應(yīng)用提供有效技術(shù)支撐。

主要圖表

圖1 激光高程點(diǎn)輔助的雙線陣影像無(wú)控定位技術(shù)流程

圖 2 雙線陣影像激光點(diǎn)匹配流程圖

圖3 激光測(cè)高數(shù)據(jù)輔助的嚴(yán)密模型區(qū)域網(wǎng)平差流程圖

圖4 3個(gè)測(cè)區(qū)激光點(diǎn)分布

圖5 3個(gè)測(cè)區(qū)地面控制點(diǎn)分布

圖 6 澳大利亞-173景嚴(yán)密模型平差后殘差分布

圖 7 澳大利亞-513景嚴(yán)密模型平差后殘差分布

圖 8 日本-993景嚴(yán)密模型平差后殘差分布

圖 9 日本-769景嚴(yán)密模型平差后殘差分布

圖 10 美國(guó)-355景嚴(yán)密模型平差后殘差分布

測(cè)區(qū)1共包含273個(gè)激光高程點(diǎn)，經(jīng)匹配后生成超過(guò)8 000個(gè)激光連接點(diǎn)；兩景影像對(duì)應(yīng)的高程補(bǔ)償值分別為0.93 m和1.52 m，改正效果較為理想。相比之下，測(cè)區(qū)2僅包含5個(gè)激光高程點(diǎn)，日本-993景和日本-769景分別匹配得到366個(gè)和200個(gè)激光連接點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)高程補(bǔ)償值僅為0.45 m和0.26 m。通過(guò)進(jìn)一步的平差分析發(fā)現(xiàn)，日本-769測(cè)區(qū)存在高程補(bǔ)償值大于3 m的粗差點(diǎn)，已在平差過(guò)程中予以剔除，從而導(dǎo)致最終參與平差的激光連接點(diǎn)數(shù)量進(jìn)一步減少。測(cè)區(qū)3激光連接點(diǎn)數(shù)為3 120個(gè)，但是由于嚴(yán)密模型平差后，高程精度已經(jīng)很高，為0.68 m，故加入激光數(shù)據(jù)后，定位精度提升有限，達(dá)到0.56 m。受原始激光高程點(diǎn)的數(shù)量及其有效匹配結(jié)果受限的影響，測(cè)區(qū)2的整體高程精度改善程度低于測(cè)區(qū)1和測(cè)區(qū)3。該結(jié)果表明，激光高程點(diǎn)的數(shù)量及其空間分布對(duì)無(wú)控定位精度的提升效果具有顯著影響。

結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)無(wú)地面控制條件下雙線陣立體測(cè)繪衛(wèi)星高程定位精度不足的問(wèn)題，提出了一種激光高程點(diǎn)輔助的嚴(yán)密模型平差方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法通過(guò)引入激光高程信息作為外部約束進(jìn)行聯(lián)合平差，在平面定位精度基本穩(wěn)定的前提下顯著提升高程精度（如澳大利亞測(cè)區(qū)提升超50%），整體高程定位精度優(yōu)于1.5 m。同時(shí)，由于激光點(diǎn)主要提供高程方向控制信息，該方法對(duì)平面精度改善相對(duì)有限，體現(xiàn)出“以高程約束驅(qū)動(dòng)提升”的特征。本研究發(fā)展了多源遙感數(shù)據(jù)融合的平差框架，為無(wú)地面控制的高精度立體測(cè)繪與測(cè)圖生產(chǎn)提供了可行的技術(shù)方案。然而，方法效果受激光高程點(diǎn)的數(shù)量、空間分布的影響，且在復(fù)雜地形下的適用性仍有待驗(yàn)證。后續(xù)將開展多地形實(shí)驗(yàn)，探索融合平面控制信息，以實(shí)現(xiàn)平面-高程協(xié)同優(yōu)化，進(jìn)一步提升方法的適用范圍和綜合性能。

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