资源三号卫星遥感影像高精度几何处理关键技术与测图效能评价方法

发布时间：2017-12-07 16:12

  本文关键词：资源三号卫星遥感影像高精度几何处理关键技术与测图效能评价方法

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【摘要】：卫星遥感影像已经成为世界各国生产和更新地理信息产品最重要数据源之一。2012年1月成功发射的资源三号卫星是我国新一代传输型立体测绘卫星,卫星工程最主要的目标是满足我国乃至全世界1：50000比例尺基础地理信息产品业务化生产以及更大比例尺地理信息产品更新等测绘应用需求,结束我国长期以来依赖国外卫星影像源开展1：50000比例尺测图的历史。成功实现这一目标的基石是卫星平台和在轨运行状态的总体技术指标应达到一个较高水准的设计要求；而成功实现这一目标的关键却是卫星影像地面高精度处理和应用技术能力的构建。测绘卫星的特点在于具备较强的立体观测能力,难点在于较高的几何精度要求。本文紧密围绕着保障资源三号卫星影像满足1：50000比例尺立体测图需求这一主线,针对资源三号卫星成像特点,较为深入研究了其遥感影像高精度几何处理相关理论和关键技术,并依据我国基础地理信息产品标准及生产规范要求,较为全面地定量分析和论证了资源三号卫星影像在1：50000和1：25000比例尺测图应用中的适用性。主要的研究内容和创新性成果如下：1)研究了资源三号卫星几何处理模型较为详细介绍了资源三号卫星的成像几何原理,卫星姿态模型和卫星轨道模型构建方法,以及几何模型构建中涉及的坐标系统,在此基础上推导了资源三号卫星严格成像几何模型建立方法,概述了资源三号卫星在轨几何检校的基本原理和成果形式,阐述了有理函数模型的概念及基于严格成像几何模型构建有理函数模型的方法,为资源三号卫星影像高精度几何处理研究奠定了理论基础。2)系统研究了资源三号卫星各级影像产品的高质量几何生产技术和方法较为系统性地分析了卫星推扫成像过程中的误差类型、误差传播规律,以及对影像几何精度的影响,理清了资源三号卫星影像产品生产过程中所需处理和消除的误差内容。针对资源三号卫星主要服务于测绘领域的特殊要求,以处理级别和几何精度为主要指标,建立了适合测图应用的资源三号卫星遥感影像产品分级方法。深入研究采用虚拟重成像技术的传感器校正影像产品生产技术方法,在卫星真实内方位元素的基础上,虚拟一个完全理想的无畸变相机(即没有镜头畸变、没有焦距和主点误差、拥有一条长度等于相机幅宽的理想直线排列的C CD[Charge Coupled Device]线阵)；在卫星真实外方位元素的基础上,为理想相机虚拟一个理想轨道运动状态(即没有积分时间跳变、没有姿态抖动、没有轨道噪声等),通过对原始影像重采样生成理想相机的虚拟成像影像,即为拥有无畸变理想线中心投影特征的传感器校正影像。研究设计了附带有理函数模型的资源三号卫星各级几何纠正影像产品的生产技术方法,使得几何纠正影像产品不仅具有地理编码和投影信息,还能继续用于后续立体摄影测量处理。3)系统研究了使用SRTM进行高程约束的高精度无地面控制区域网平差方法针对SRTM (Shuttle Radar Topography Mission)数据在平坦地形或局部区域的高程精度远远高于其标称精度的特点,研究设计了一种无地面控制条件下利用SRTM作为高程约束的立体区域网平差方法,通过构建一个较大范围区域网并匹配密集连接点,将SRTM作为连接点物方高程初值,并在平差解算过程中确保分布于地形平坦区域(根据经验,在该类区域SRTM精度较高)的连接点的物方高程严格趋近SRTM高程,最终实现大范围区域内影像高程精度的整体提升。通过以湖北省作为实验区域的实验验证表明,采用该平差方案,在无地面控制点条件下资源三号立体影像的高程中误差优于2.5米,达到了我国1：50000比例尺测图应用的高程精度要求。针对弱交会条件下卫星影像区域网平差无法正确求解的问题,本文提出利用SRTM作为高程控制的平面区域网平差方法,在平差解算更新连接点的物方大地坐标时仅求解地面点的平面坐标,高程值则利用SRTM进行内插获得,最终实现正确地平差求解,提高影像定向精度。4)系统分析和论证了资源三号卫星影像的1：50000和1：25000比例尺测图能力本文从资源三号卫星几何成像机理和误差来源出发,研究构建了原始影像、无控制条件下和有控制条件下传感器校正影像产品的理论精度定量评估方法。在此基础上,通过对照我国各比例尺基础地理信息产品的生产技术规范要求,分别对影像的几何定位精度、空间分辨率、光谱分辨率、时间分辨率,以及立体模式等各方面在不同比例尺测图应用中的适用性进行理论分析和定量评估,进而全面系统地分析论证了资源三号卫星影像的测图效能。结果表明：在无控制条件下,资源三号卫星影像总体性能达到了我国1：50000比例尺在丘陵、山地和高山地地形的立体测图要求；在有控制条件下,资源三号卫星影像总体性能满足我国1：50000比例尺立体测图要求,其几何精度可以满足我国1：25000比例尺立体测图精度要求。
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P237

【共引文献】

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本文编号：1262965