【技術】一種立體測繪衛星定位精度優化方法

摘要

立體測繪衛星在無地面控制點條件下的定位精度受到顯著制約，尤其是高程精度問題仍然突出。對此，本文提出了一種結合激光高程點輔助的定位精度優化方法。首先，對雙線陣前后視立體影像進行精確匹配；其次，將ICESat-2激光高程點與雙線陣影像進行精準匹配；最后，構建外方位元素分段多項式的嚴密成像模型，并開展激光高程點輔助的精密模型平差。為驗證所提方法的有效性，本文選取了澳大利亞、日本和美國3個測區的5景高分十四號衛星影像，并結合ICESat-2激光數據及地面控制點數據進行實驗驗證。結果表明：該方法能夠顯著提升立體測繪衛星在無地面控制條件下的高程精度，整體定位精度優于1.5 m，其中，澳大利亞測區的高程精度最高可達0.63 m。研究結果為全球無地面控制條件下的測圖應用提供了高效、可靠的技術支撐。

引用

[1] 李祝鑫,王重陽,王慧,等. 基于激光高程點輔助的立體測繪衛星定位精度優化方法[J/OL]. 測繪科學技術學報, 1-11 [2026-06-16]. https://kns.cnki.net/kcms/detail/10.1974.P.20260430.1604.002.html.

引言

為提升立體測繪衛星在無地面控制條件下的定位精度，本文研究基于衛星影像嚴密幾何成像模型，采用分段多項式模型的平差方法對條帶觀測數據進行整體平差處理，充分顧及條帶數據誤差的一致性特征，從而有效抑制系統誤差對定位精度的影響。經此平差處理后，由嚴密幾何模型生成的有理多項式系數（RPC）具備較高精度，后續使用該RPC時無需再進行額外的平差處理。同時，引入高精度激光高程點（如ICESat-2）作為外部控制信息，構建一種融合激光測高數據與立體影像的聯合平差模型，重點研究激光點與影像的精確配準以及激光高程點輔助的嚴密模型平差技術，以期通過多源數據融合進一步提升整體優化平差的精度。為區分條帶整體平差與激光高程約束對精度提升的貢獻，本文設置了直接定位、分段多項式嚴密模型平差以及激光高程點輔助平差3種方案進行對比驗證。為驗證所提方法的有效性，實驗選取澳大利亞與日本平原地區和美國山地地區的3個測區的5對GF-14衛星影像開展實驗驗證。實驗結果表明：激光高程點輔助下的嚴密模型平差方法能夠有效補償衛星成像過程中的系統誤差，顯著提升立體定位精度，可為無地面控制條件下的衛星定位精度提升與測圖應用提供有效技術支撐。

主要圖表

圖1 激光高程點輔助的雙線陣影像無控定位技術流程

圖 2 雙線陣影像激光點匹配流程圖

圖3 激光測高數據輔助的嚴密模型區域網平差流程圖

圖4 3個測區激光點分布

圖5 3個測區地面控制點分布

圖 6 澳大利亞-173景嚴密模型平差后殘差分布

圖 7 澳大利亞-513景嚴密模型平差后殘差分布

圖 8 日本-993景嚴密模型平差后殘差分布

圖 9 日本-769景嚴密模型平差后殘差分布

圖 10 美國-355景嚴密模型平差后殘差分布

測區1共包含273個激光高程點，經匹配后生成超過8 000個激光連接點；兩景影像對應的高程補償值分別為0.93 m和1.52 m，改正效果較為理想。相比之下，測區2僅包含5個激光高程點，日本-993景和日本-769景分別匹配得到366個和200個激光連接點，其對應高程補償值僅為0.45 m和0.26 m。通過進一步的平差分析發現，日本-769測區存在高程補償值大于3 m的粗差點，已在平差過程中予以剔除，從而導致最終參與平差的激光連接點數量進一步減少。測區3激光連接點數為3 120個，但是由于嚴密模型平差后，高程精度已經很高，為0.68 m，故加入激光數據后，定位精度提升有限，達到0.56 m。受原始激光高程點的數量及其有效匹配結果受限的影響，測區2的整體高程精度改善程度低于測區1和測區3。該結果表明，激光高程點的數量及其空間分布對無控定位精度的提升效果具有顯著影響。

結束語

本文針對無地面控制條件下雙線陣立體測繪衛星高程定位精度不足的問題，提出了一種激光高程點輔助的嚴密模型平差方法。實驗結果表明，該方法通過引入激光高程信息作為外部約束進行聯合平差，在平面定位精度基本穩定的前提下顯著提升高程精度（如澳大利亞測區提升超50%），整體高程定位精度優于1.5 m。同時，由于激光點主要提供高程方向控制信息，該方法對平面精度改善相對有限，體現出“以高程約束驅動提升”的特征。本研究發展了多源遙感數據融合的平差框架，為無地面控制的高精度立體測繪與測圖生產提供了可行的技術方案。然而，方法效果受激光高程點的數量、空間分布的影響，且在復雜地形下的適用性仍有待驗證。后續將開展多地形實驗，探索融合平面控制信息，以實現平面-高程協同優化，進一步提升方法的適用范圍和綜合性能。

來源：測繪科學技術學報 轉自：測繪學術資訊