无地面控制点卫星摄影测量

无地面控制点卫星摄影测量第1页，共25页，2023年，2月20日，星期五

1.引言2.无地面控制点卫星摄影测量的特点

3.卫星在轨位置及姿态测量

4.无地面控制点卫星摄影测量发展现状5.无地面控制点卫星摄影测量发展趋势内容第2页，共25页，2023年，2月20日，星期五1.引言卫星摄影测量：利用各种卫星进行的摄影测量。利用装载在卫星上的各种传感器从宇宙空间对地球环境进行摄影，以取得大量有研究价值的地球照片和资料，根据获取的图像和信息进行分析、判读和几何处理，绘成地图或提供地球资源、地球环境保护和军事情报等方面的信息。第3页，共25页，2023年，2月20日，星期五1.引言第4页，共25页，2023年，2月20日，星期五1.引言“它可以到你无法到达的地区，飞机飞不过去，人到不了那个地方去，那我航天遥感就可以”。“一组照片拍摄的面积就可以达到几千甚至上万平方公里”。“将拍摄到的影像处理成带有精确坐标的信息，从而制作出高清晰的数字影像地图”。第5页，共25页，2023年，2月20日，星期五2.无地面控制点卫星摄影测量的特点2.1不受地形和国界的限制2.2获取影像资料迅速2.3有效降低测绘成本第6页，共25页，2023年，2月20日，星期五2.1不受地形和国界的限制截至2006年，我国西部还有200万平方公里的国土，范围北纬26°50′～49°10′,东经74°30′～104°30′,约5000幅1:50000地形图，由于气候、环境、交通等条件和以往测绘技术装备水平的限制，还没有1:50000地形图。国家西部空白区测图工程必须跨越传统测绘作业模式，采用航空航天遥感新技术--DGPS／IMU辅助航空摄影、航空数码影像和高分辨率卫星测图技术、雷达影像测图技术等，设计和采用稀少或无地面控制测图方案，才能实现西部1：5万无图区的测绘。第7页，共25页，2023年，2月20日，星期五2.1不受地形和国界的限制可以标定武器航迹和发射与目标点的地理信息，可以采集区域大面积的既定面积的数字地球地理信息，全面准确掌握的全球核心地理信息，为应用于军事领域的全球测绘更是提供了最好的技术保障。我国与周边国家领土争端问题尚未完全解决，获得实际控制区范围以外的有争议领土上的重要目标位置信息及其它地理信息，对于我国边境安全有着重要意义。美国白宫美国福克海军基地美国汉福德核工厂BGM“战斧”巡航导弹第8页，共25页，2023年，2月20日，星期五2.2获取影像资料迅速GeoEye公司于2008年发射的GeoEye-1卫星最高分辨率为0.41米，具备日拍摄70万平方公里影像的能力，一天就可以获取相当于青海省面积的高分辨率影像。DigtalGlobe公司于2009年发射的WorldView-2卫星每天可以采集一百万平方公里的数据，并能在1.1天内二次访问同一地点。由WorldView卫星组成的集群则可以保证每天近二百万平方公里的数据采集量，实现在一天之内二次访问同一地点。GeoEye-1WorldView-2第9页，共25页，2023年，2月20日，星期五2.3有效降低测绘成本在我国西部地区，利用IKONOS产品制图的费用为460元/km2，是航空摄影费用的1.55倍。考虑到西部地区地形条件、气候条件、交通条件较差，IKONOS产品的费用虽然比航空摄影费贵，但是外业的费用极大降低，应用IKONOS影像产品更加合算。IKONOS卫星第10页，共25页，2023年，2月20日，星期五3.卫星在轨位置及姿态测量3.1在轨位置测量3.2在轨姿态测量第11页，共25页，2023年，2月20日，星期五3.1在轨位置测量卫星激光测距：不仅能精确解算卫星至地面星下点的轨道点高度，而且能改善摄影测量网的比例尺控制精度，从而精确地计算出地形的起伏形状，提高卫星摄影测量的定位精度。多普勒：利用人造卫星发射的固有频率和地面站接收频率的“多普勒频移效应”来进行人造卫星定轨和地面点定位的一种方法。根据地面站接收到的人造卫星频率和人造卫星发射的固有频率的差值就能求出人造卫星的轨道要素。星载GPS：ALOS卫星采用星载双频GPS进行定位，摄站坐标实时精度可达到1米。组合方式:DORIS，星基多普勒轨道确定与无线电定位组合确定，以对卫星精密定轨以及地面精确定位。第12页，共25页，2023年，2月20日，星期五3.1在轨位置测量DORIS系统由星载设备、固定定轨信标机组成的网、主信标机以及定轨信标机组成，可以对卫星精密定轨以及地面精确定位。法国利用在全球30多个国家设立的60多个（截至2007年）地面信标站向星载DORIS接收机发出的信号，通过测定多普勒频移，测算SPOT5卫星的轨道实时精度可达到1米。DORIS系统第13页，共25页，2023年，2月20日，星期五3.2在轨姿态测量红外姿态测量仪：利用地球与太空温差达287K这一特点，以一定的角频率，周期地对太空和地球作圆锥扫描，根据热辐射能的相位变化来测定姿态角。如LANDSAT。星相机：将恒星摄影机与对地摄影机组装在一起，两者的光轴交角在90~150之间的某一个角度，根据恒星星历表、摄影机标称光轴指向数据解算姿态角，美国在Apollo上使用的恒星摄影机测定姿态精度达5″。陀螺仪：陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的，是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器。GPS：使用GPS的方法也能测定姿态，它是将3台GPS接收机装载摄影机组上，同时接受4颗以上的GPS卫星信号，反算出每台接收机的三维坐标，进而解算出摄影机的3个姿态角。组合姿态测量：利用陀螺仪、星相机来联合测姿，如日本ALOS卫星。第14页，共25页，2023年，2月20日，星期五3.2在轨姿态测量日本ALOS卫星采用三台高精度的星敏感器结合惯性陀螺和附加的高精度角度偏移测量传感器ADS，通过联合姿态确定算法。依靠星敏感器测姿值和高精度角度偏移测量传感器ADS的观测值联合计算，使卫星的姿态确定精度达到了在轨处理为1.08″，地面事后处理为0.5″的水平。ALOS卫星第15页，共25页，2023年，2月20日，星期五4.无地面控制点卫星摄影测量的发展现状4.1框幅式传感器影像无控制点摄影测量4.2光学扫描式传感器影像无控制点摄影测量4.3光学线面式传感器影像无控制点摄影测量4.4雷传感器影像无控制点摄影测量第16页，共25页，2023年，2月20日，星期五4.1框幅式传感器影像无控制点摄影测量框幅式相机系静态摄影，影像几何保真度好。采用增大航向像幅的相机，基高比得到改善，在无地面控制点条件下，可以满足1:5万地形图要求。各国返回式摄影测量卫星传感器系统的参数第17页，共25页，2023年，2月20日，星期五4.2光学扫描式传感器影像的无控制点摄影测量大框幅相机摄影的相片一般是胶片式的，无法利用数字格式进行传输，且胶片的长度有限，总信息量不足，而且需回收后才能取得胶片。因此难以满足长时间运行的需要，还要冒回收的风险，且费用昂贵。随着电子和遥感技术的快速发展，利用CCD传感器获取遥感影像的卫星越来越多。CCD相机可以进行对地立体观测，它是目前对地观测十分有效的传感器。国内外在利用扫描式传感器获取的影像进行无控制点摄影测量研究领域，主要集中在SPOT5、QuickBird、IKNOS、ALOS等几个构像几何关系严密且影像分辨率高的卫星上。第18页，共25页，2023年，2月20日，星期五4.2光学扫描式传感器影像的无控制点摄影测量法国的SPOT卫星由于采用了具有特色的设计思想和技术，其特点是有斜向扫描，能立体成像。SPOT5卫星影像在民用市场应用极为广泛，目前法国正在计划发展SPOT6卫星。SPOT5卫星第19页，共25页，2023年，2月20日，星期五4.2光学扫描式传感器影像的无控制点摄影测量一是基于星历和姿态数据无控制点摄影测量。利用SPOT5卫星提供的DimapMetadata文件中的星历数据及姿态数据，分别经过拉格朗日和线性内插获得任意时刻的卫星位置和姿态，利用类似于空间前方交会的解算地面坐标。研究表明利用这种方法进行无控制点摄影测量，平面精度达50米，高程精度可达40米。二是利用有理函数模型（RFM）来对推算地面点坐标，采用“与地形无关”的方案。通过星历数据、姿态数据计算出外方位元素之后，则利用外方位元素和严格几何模型生成“虚拟”的三维物方格网，并将这些密集、均匀的格网点作为“虚拟”的地面控制点，用以解算有理函数模型系数，这些格网点的坐标可以利用严格传感器模型计算得到，而不需要实际的地形信息，因此这种解算方案与实际的地形无关。三是利用同一轨道上某一时刻精确己知的卫星系统参数的影像数据进行外推，可以在一定范围内消除系统误差，提高定位精度。研究表明通过加入一个控制点系统误差得到了一定的消除，定位精度有了很大的提高，平面精度提高到十几米，高程精度提高到米级。第20页，共25页，2023年，2月20日，星期五4.2光学扫描式传感器影像的无控制点摄影测量日本的ALOS卫星采用的传感器是三线阵CCD相机,但立体测绘只有前、后视影像,正视影像仅用于作正射影像。由于卫星在轨位置以及姿态测量技术先进，可以在无地面控制点条件下测绘1∶2.5万比例尺,等高距为10m的地形图,它是当前商业卫星中进行无控制点立体测图能力最强的卫星。巢湖2.5米全色和10米多光谱融合图ALOS三线阵测图第21页，共25页，2023年，2月20日，星期五4.3光学线面式传感器影像的无控制点摄影测量西安测绘研究所王任享院士提出了LMCCD相机(线阵—面阵CCD组合相机)的概念和实现的基本条件，即三线阵加四个CCD小面阵混合配置的LMCCD摄影机思想。将星测外方位元素参与平差后，在经过影像数字模拟测试后发现在无地面控制点的卫星摄影测量方面优于单纯的三线阵CCD相机。装载有该相机的卫星“天绘一号”于2010年8月24日发射，标志着我国全球测绘能力有了新的跃升。第22页，共25页，2023年，2月20日，星期五4.4雷传感器影像的无控制点摄影测量2000年，搭载在美国航天飞机“奋进”号上的SRTM系统共计进行了222小时23分钟的数据采集工作，获取北纬60度至南纬56度之间，面积超过1.19亿平方公里的雷达影像数据，覆盖全球陆地表面的80%以上，确定地面点位置精度20m，高程绝对精度16m，制成了分辨率达30m的数字地形高程模。SRTM系统SRTM90米分辨率数据制作的中国全图第23页，共25页，2023年，2月20日，星期五4.4雷传感器影像的无控制点摄影测量加拿大于2007年9月发射的Radarsat-2，技术更为先进。Radarsat-2具有3米高分辨率成像能力，多种极化方式使用户选择更为灵活，根据指令进行左右视切换获取图像缩短了卫星的重访周期，增加了立体数据