一种数字高程模型辅助的卫星影像区域网平差方法
【专利摘要】本发明提供一种数字高程模型辅助的卫星影像区域网平差方法。其结合已有的DEM（数字高程模型）数据，在卫星影像以RFM模型（有理函数模型）进行区域网平差时提供高程控制，大大减少了的卫星影像在平差时对稠密分布的地面控制点的依赖。本方法在对弱交会的高分辨率下视（全色和多光谱）卫星影像进行平差时，与传统的非高程控制平差方法相比，其结果精度提升尤为明显。本发明仅使用少量的物方平面高程控制点就可以使一个较大的区域网中的卫星影像获得极高的接边精度和较为均匀的绝对精度。这种方法非常适用于难以大量获取高精度物方控制点的卫星影像用户。
【专利说明】一种数字高程模型辅助的卫星影像区域网平差方法
【技术领域】
[0001]本发明属于测绘科学与【技术领域】，涉及一种数字高程模型辅助的卫星影像区域网平差方法，主要应用于高分辨率卫星遥感影像的自动空中三角测量、高精度正射影像生产等领域。
【背景技术】
[0002]区域网平差是摄影测量中影像定向参数全局优化的方法。目前最常用的方法是光束法区域网平差。例如:在使用框幅相机的摄影测量生产中，使用严格共线方程模型进行光束法区域网平差，在这一过程中，像点都会通过共线方程模拟摄影中的光束，在平差迭代过程中，当同名点的像点对应的光线以“最小二乘”的标准下达到最优交会时，光束法平差结束。这种流程也可用于卫星遥感影像的全局优化中，卫星影像的RFM模型(有理函数模型)可以使用“像方仿射纠正模型”进行优化，像点通过组成RFM模型的方程来模拟推扫式摄影中的光束，通过区域网平差获得最佳的“像方仿射纠正参数”，从而使连接点的每个光束达到最优交会。但是，卫星遥感影像的几何成像方式同框幅相机航空摄影测量相比，有两点主要差别，一是成像方式，二是影像间基高比较小。由于卫星遥感影像以推扫的方式成像，在进行下视影像的区域网平差时，相邻的航带影像的扫描线之间是近似共面的，如果某一航带的影像中没有控制点，即使使用连接点与其他航带进行连接，它仍然在扫描面上有三个较强的自由度(两个平移自由度和一个旋转自由度)，从而导致无法解出稳定的像方仿射纠正参数。在进行非完全下视影像的平差时，虽然能解出稳定结果，但由于卫星影像极小的基高比，其高程误差累积很快。因此，在使用光束法区域网平差手段对卫星影像进行处理时，需要稠密分布的控制点(每景影像9-15个点)。然而，有时大批量的获取高精度的控制点的成本是高昂的，而大量使用精度不高的控制点反而会导致正射影像产品接边精度的下降。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种数字高程模型辅助的卫星影像区域网平差方法。克服在缺乏控制点时，使用光束法区域网平差对卫星影像进行处理时，无法得到可靠结果或结果精度不均匀的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提出一种结合DEM (数字高程模型)高程控制的卫星影像区域网平差方法。将连接点在DEM中内插得到的高程值作为控制数据，列出虚拟观测方程，纳入区域网平差中。这种方法可以在控制点稀疏分布(平均每10景影像I个物方控制点)的情况下，使整个区域网达到较为均匀的物方精度和较高的相对精度。因此，该方法在卫星遥感影像的自动空中三角测量，高精度正射影像生成等领域有良好的应用前景。
[0005]一种数字高程模型辅助的卫星影像区域网平差方法，包括以下步骤，
[0006]步骤1、数据准备；
[0007]准备好区域网中影像的连接点匹配结果、控制点物方坐标、控制点像方坐标、对应区域的DEM数据以及将DEM由其本身坐标系转为WGS-84下的经纬度坐标系的参数；[0008]步骤2、获取虚拟高程观测值；
[0009]将同名连接点进行关联，结合DEM数据利用“多像迭代反投影方法”，得到连接点的物方平面坐标，并以物方平面坐标对应的DEM高程数据作为该连接点的虚拟高程观测值h ；
[0010]步骤3、高程观测值定权；
[0011]高程观测值的权值的计算公式为:
【权利要求】
1.一种数字高程模型辅助的卫星影像区域网平差方法，其特征在于:包括以下步骤， 步骤1、数据准备； 准备好区域网中影像的连接点匹配结果、控制点物方坐标、控制点像方坐标、对应区域的DEM数据以及将DEM由其本身坐标系转为WGS-84下的经纬度坐标系的参数； 步骤2、获取虚拟高程观测值；将同名连接点进行关联，结合DEM数据利用“多像迭代反投影方法”，得到连接点的物方平面坐标，并以物方平面坐标对应的DEM高程数据作为该连接点的虚拟高程观测值h ； 步骤3、高程观测值定权； 高程观测值的权值的计算公式为:
2.根据权利要求1所述的一种数字高程模型辅助的卫星影像区域网平差方法，其特征在于:所述步骤2中的“多像迭代反投影方法”利用不同分辨率的影像上的同名像点具有不同的精度，以得到最优的DEM内插高程值，其具体步骤为: 步骤2.1、求解DEM的平均高程值，作为物方点高程的初始值； 步骤2.2、将物方点高程设为定值，将有理函数成像模型和像方仿射纠正模型针对连接点的物方平面坐标线性化，列出该物方点对应的所有像点的误差方程组，通过最小二乘法迭代求解出物方点当前的平面坐标； 步骤2.3、在步骤2.2求解的物方点平面位置处，内插出DEM的高程，比较这一高程与物方点高程的差绝对值，如果该值大于阈值，则将该高程内插值作为连接点高程，再进行步骤2.2，如果该值小于阈值，则该点迭代结束，内插出的高程即该点“多像迭代反投影”法的结果。
3.根据权利要求1或2所述的一种数字高程模型辅助的卫星影像区域网平差方法，其特征在于:所述的高程观测值的中误差大小Oh通过以下公式计算:
4.根据权利要求3所述的一种数字高程模型辅助的卫星影像区域网平差方法，其特征在于:所述σ P的估算方法的步骤为: 步骤3.1、利用步骤2中的“多像迭代反投影法”求出所有平高控制点的平面坐标解算值； 步骤3.2、对每个控制点，求出其平面坐标解算值与其平面坐标观测值的欧氏距离；步骤3.3、求出这一欧氏距离的平方平均值，该值即卫星影像的平面“直接定位误差”估计值σ ρ。
5.根据权利要求3所述的一种数字高程模型辅助的卫星影像区域网平差方法，其特征在于:所述的统计DHM的X方向的坡度正切值的平方平均数的计算方法为: 首先:用下式统计出DEM每个格网点上的X方向坡度正切值:
【文档编号】G01C11/34GK103823981SQ201410071457
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】张永军, 万一, 黄心蕙, 凌霄 申请人:武汉大学