无地面控制点卫星摄影测量探讨

张　宾

摘　要:我国地域广阔ꎬ境内有大量的高原、沙漠等无人区ꎬ因此进行无地面控制点条件下的摄影测量是优先选择ꎮ鉴于此ꎬ本文重点就无地面控制点卫星摄影测量相关问题进行研究分析ꎬ旨在为业内人士提供一些建议和帮助ꎮ

关键词:无地面ꎻ控制点ꎻ摄影测量ꎻ研究　有　１当今世界上不发达地区大约∶５万比例尺地形图地区也只约占９０％属于无图区５０％ꎮ无地面控制点ꎬ全球陆地摄影测量是无图区测制１∶５万比例尺地形图的最重要的选择ꎬ从原理上分析ꎬ在有ＧＰＳ接收机条件下ꎬ无地面控制点卫星摄影测量是完全可行的ꎬ但在工程实现方面ꎬ要达到１∶５万制图要求并不容易ꎬ即使是技术很发达的国家也经历了相当艰难的研发过程ꎮ

一(这一阶段的典型代表是美国提出的一、)无地面控制点卫星摄影测量发展历程第一阶段

ＭＡＰＳＡＴ和ＯＩＳ卫星系统ꎬ这两种卫星均采用常规卫星摄影测量方法ꎮ因此ꎬ对姿态稳定度和姿态测量精度要求极高ꎬ当时的卫星技术无法满足其要求ꎬ因而工程未立项ꎬ未能实现无地面控制条件下的卫星摄影测量ꎻ在增加辅助设备后ꎬ研究仍持续较长时间ꎬ直到２００６年以后才有成功的结果ꎬ如ＡＬＯＳ加入移动传感器ＭＯＭＳꎬ也有卫星加入高精度陀螺等ꎻ始于１９８０年代初期的差做了开创性研究工程ꎬ德国摄影测量学者对三线阵ꎬ发明了“定向片”法光束法平差ＣＣＤ影像光束法平ꎮ初期估计可以大大降低对卫星姿态变化率的要求ꎬ摄影测量处理中可以不要地面控制点ꎮ但在与俄罗斯的和平号空间站合作的ＭＯＭＳ－２Ｐ工程１９９６年实践得出不尽如人意的结果ꎬ利用三线阵ＣＣＤ影像及星载测姿数据ꎬ“定向片”法计算的航线模型有系统变形ꎬ要求数排地面控制点或５０ｍ精度的数字高程模型参与才能获得工程目标ꎬ并明确反对提倡无地面控制点ꎬ结论是摄影测量必须要求地面控制点(二)ꎮ

测量卫星ＳＲＴＭ第二阶段

ꎬ着重改善测姿系统性能之后美国转向研究更高精度的无地面控制点摄影ꎮ研发的多个型号高分辨率卫星ꎬ无地面控制点定位多在１２ｍ/８ｍ(平面/高程)ꎬ虽然卫星影像分辨率很高ꎬ但测姿精度无明显改善ꎬ以１∶５万比例尺要求衡量其定位精度ꎬ只有平面精度满足ꎬ高程精度均不满足(ꎬ无地面控制点定位研究进展不大ꎮ

测姿系统研制有了新的成果三)第三阶段

ꎬ利用星敏感器与激光陀螺联合应用处理ꎬ取得外方位角元素达到子秒级ꎬ日本ＡＬＯＳ卫星在２００６年发射ꎬ其姿态测量精度达到了０.７″ꎬ按工程目标在无地面控制点条件下目标定位平面为５ｍꎬ但工程最终结果并不理想二ꎮ

３~６ｍꎬ高程为３~(、无地面控制点卫星摄影测量技术研究推扫式三线阵一)ＥＦＰ光束法平差

ＣＣＤ数字影像每一个取样周期均有６个独立的外方位元素ꎬ摄影测量的处理比每张相片只有６个外方位元素的框幅式影像处理复杂ꎬ因而不可能作经典的空中三角光束法平差ꎮ摄影测量工作者期望动态摄影影像与相当参数的框幅式相片在空中三角测量方面有相同的性能ꎬ以降低卫星工程技术难度ꎬ实现线阵影像无地面控制点条件下光束法平差ꎬ但始终未解决空中三角测量航线模型的变形ꎮ我国学者根据卫星摄影中平台比较平稳、姿态变化平稳等特点ꎬ提出ＥＦＰ光束法平差思路ꎬ即将待求的三线阵ＣＣＤ影像段各取样周期的外方位元素规划为求解适当等间隔分布的

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ＥＦＰ按二次或三次多项式内插获得时刻的外方位元素ꎬ相邻基点时刻间的外方位元素可以ꎬ并将相邻外方位元素二阶差分为零条件参与光束法平差(ꎬ提高解的稳定性ꎮ

为了进行传输型测绘卫星的研究二)三线阵相机关键技术及航空校飞

ꎬ１９９３年开始与中国科学院长春光学精密机械与物理研究所对三线阵ＣＣＤ相机的各种参数进行了详尽的论证和分析计算ꎮ１９９６年开始进行三线阵ＣＣＤ相机关键技术研究ꎬ目的是通过三线阵ＣＣＤ相机的样机研制ꎬ突破硬件和软件的关键技术ꎬ并通过航空校飞试验评价其性能及应用效果ꎮ通过国家高技术研究发展计划的研究ꎬ完成了三次航空校飞试验ꎬ对三线阵ＣＣＤ相机数字摄影、利用三线阵影像进行外方位元素重建及ＤＥＭ自动采集等方面理论进行初步验证ꎬ验证了三线阵ＣＣＤ影像摄影测量理论的正确性ꎬ同时也验证了三线阵ＣＣＤ相机在空间应用的可行性(试验卫星一号是中国第一颗航天新技术演示验证卫星三)试验卫星一号演示验证卫星工程

ꎮ

和第一颗传输型测绘卫星ꎬ其地面应用系统项目集成了国家高技术研究发展计划“传输型三线阵摄影测量相机关键技术攻关”项目和“小卫星关键技术研究”项目的研究成果ꎮ地面应用系统作为该卫星工程的重要组成部分ꎬ主要目的是验证航天三线阵摄影测量技术用于测绘的正确性和可行性ꎬ为实现中国测绘卫星从返回式到传输型的跨越ꎬ提高全球快速测绘保障能力奠定了技术基础(在试验卫星一号成功进行三线阵摄影测量技术演示验四)中国第一代传输型摄影测量卫星ꎮ

“天绘一号”

证的基础上ꎬ中国摄影测量工作者开始进行第一代传输型摄影测量卫星“天绘一号”的设计和论证工作ꎮ在论证过程中ꎬ结合相机设计ꎬ完成了对三线阵摄影测量理论的创新和发展ꎬ提出了基于ＬＭＣＣＤ的航天三线阵摄影测量相机设计思想ꎬ进一步的研究和试验表明ꎬ虽然定向片法和ＥＦＰ法数学模型不同ꎬ但模拟计算表明航线模型同样有呈波浪变化的系统误差ꎮ经过长期大量的模拟试验ꎬ发现模拟计算中用真正的框幅影像坐标取代等效框幅像坐标ꎬ可以消除模型系统变形ꎬ于是构思了三线阵ＣＣＤ加４个小面阵ＣＣＤ混合配置的称之为ＬＭＣＣＤ相机ꎮＬＭＣＣＤ影像ＥＦＰ光束法平差可以得到无系统误差的航线模型ꎬ为三线阵ＣＣＤ影像进行无地面控制点卫星摄影测量带来希望ꎮ

三、结束语

综上所述ꎬ我国以自身的空间技术研发了第一颗传输型立体测量与遥感卫星ꎬ并成功地进行光学卫星影像摄影测量试验研究ꎬ无地面控制点目标定位精度与美国ＳＲＴＭ相对精度相当ꎬ实现了无地面控制点测制１∶５万比例尺地形图ꎮ参考文献[１]:

及其发展历程王任享.天绘一号卫星无地面控制点摄影测量关键技术[Ｊ].测绘科学ꎬ２０１３(１).作者简介:

张宾ꎬ陕西邑诚科技投资有限公司ꎮ