無地面控制點衛(wèi)星攝影測量詳解演示文稿

無地面控制點衛(wèi)星攝影測量詳解演示文稿當前第1頁\共有23頁\編于星期二\8點優(yōu)選無地面控制點衛(wèi)星攝影測量當前第2頁\共有23頁\編于星期二\8點1.引言衛(wèi)星攝影測量：利用各種衛(wèi)星進行的攝影測量。利用裝載在衛(wèi)星上的各種傳感器從宇宙空間對地球環(huán)境進行攝影，以取得大量有研究價值的地球照片和資料，根據(jù)獲取的圖像和信息進行分析、判讀和幾何處理，繪成地圖或提供地球資源、地球環(huán)境保護和軍事情報等方面的信息。當前第3頁\共有23頁\編于星期二\8點1.引言當前第4頁\共有23頁\編于星期二\8點1.引言“它可以到你無法到達的地區(qū)，飛機飛不過去，人到不了那個地方去，那我航天遙感就可以”?！耙唤M照片拍攝的面積就可以達到幾千甚至上萬平方公里”?！皩⑴臄z到的影像處理成帶有精確坐標的信息，從而制作出高清晰的數(shù)字影像地圖”。當前第5頁\共有23頁\編于星期二\8點2.無地面控制點衛(wèi)星攝影測量的特點2.1不受地形和國界的限制2.2獲取影像資料迅速2.3有效降低測繪成本當前第6頁\共有23頁\編于星期二\8點2.1不受地形和國界的限制截至2006年，我國西部還有200萬平方公里的國土，范圍北緯26°50′～49°10′,東經(jīng)74°30′～104°30′,約5000幅1:50000地形圖，由于氣候、環(huán)境、交通等條件和以往測繪技術(shù)裝備水平的限制，還沒有1:50000地形圖。國家西部空白區(qū)測圖工程必須跨越傳統(tǒng)測繪作業(yè)模式，采用航空航天遙感新技術(shù)--DGPS／IMU輔助航空攝影、航空數(shù)碼影像和高分辨率衛(wèi)星測圖技術(shù)、雷達影像測圖技術(shù)等，設計和采用稀少或無地面控制測圖方案，才能實現(xiàn)西部1：5萬無圖區(qū)的測繪。當前第7頁\共有23頁\編于星期二\8點2.1不受地形和國界的限制可以標定武器航跡和發(fā)射與目標點的地理信息，可以采集區(qū)域大面積的既定面積的數(shù)字地球地理信息，全面準確掌握的全球核心地理信息，為應用于軍事領(lǐng)域的全球測繪更是提供了最好的技術(shù)保障。我國與周邊國家領(lǐng)土爭端問題尚未完全解決，獲得實際控制區(qū)范圍以外的有爭議領(lǐng)土上的重要目標位置信息及其它地理信息，對于我國邊境安全有著重要意義。美國白宮美國?？撕＼娀孛绹鴿h福德核工廠BGM“戰(zhàn)斧”巡航導彈當前第8頁\共有23頁\編于星期二\8點2.2獲取影像資料迅速GeoEye公司于2008年發(fā)射的GeoEye-1衛(wèi)星最高分辨率為0.41米，具備日拍攝70萬平方公里影像的能力，一天就可以獲取相當于青海省面積的高分辨率影像。DigtalGlobe公司于2009年發(fā)射的WorldView-2衛(wèi)星每天可以采集一百萬平方公里的數(shù)據(jù)，并能在1.1天內(nèi)二次訪問同一地點。由WorldView衛(wèi)星組成的集群則可以保證每天近二百萬平方公里的數(shù)據(jù)采集量，實現(xiàn)在一天之內(nèi)二次訪問同一地點。GeoEye-1WorldView-2當前第9頁\共有23頁\編于星期二\8點2.3有效降低測繪成本在我國西部地區(qū)，利用IKONOS產(chǎn)品制圖的費用為460元/km2，是航空攝影費用的1.55倍?？紤]到西部地區(qū)地形條件、氣候條件、交通條件較差，IKONOS產(chǎn)品的費用雖然比航空攝影費貴，但是外業(yè)的費用極大降低，應用IKONOS影像產(chǎn)品更加合算。IKONOS衛(wèi)星當前第10頁\共有23頁\編于星期二\8點3.衛(wèi)星在軌位置及姿態(tài)測量3.1在軌位置測量3.2在軌姿態(tài)測量當前第11頁\共有23頁\編于星期二\8點3.1在軌位置測量衛(wèi)星激光測距：不僅能精確解算衛(wèi)星至地面星下點的軌道點高度，而且能改善攝影測量網(wǎng)的比例尺控制精度，從而精確地計算出地形的起伏形狀，提高衛(wèi)星攝影測量的定位精度。多普勒：利用人造衛(wèi)星發(fā)射的固有頻率和地面站接收頻率的“多普勒頻移效應”來進行人造衛(wèi)星定軌和地面點定位的一種方法。根據(jù)地面站接收到的人造衛(wèi)星頻率和人造衛(wèi)星發(fā)射的固有頻率的差值就能求出人造衛(wèi)星的軌道要素。星載GPS：ALOS衛(wèi)星采用星載雙頻GPS進行定位，攝站坐標實時精度可達到1米。組合方式:DORIS，星基多普勒軌道確定與無線電定位組合確定，以對衛(wèi)星精密定軌以及地面精確定位。當前第12頁\共有23頁\編于星期二\8點3.1在軌位置測量DORIS系統(tǒng)由星載設備、固定定軌信標機組成的網(wǎng)、主信標機以及定軌信標機組成，可以對衛(wèi)星精密定軌以及地面精確定位。法國利用在全球30多個國家設立的60多個（截至2007年）地面信標站向星載DORIS接收機發(fā)出的信號，通過測定多普勒頻移，測算SPOT5衛(wèi)星的軌道實時精度可達到1米。DORIS系統(tǒng)當前第13頁\共有23頁\編于星期二\8點3.2在軌姿態(tài)測量紅外姿態(tài)測量儀：利用地球與太空溫差達287K這一特點，以一定的角頻率，周期地對太空和地球作圓錐掃描，根據(jù)熱輻射能的相位變化來測定姿態(tài)角。如LANDSAT。星相機：將恒星攝影機與對地攝影機組裝在一起，兩者的光軸交角在90~150之間的某一個角度，根據(jù)恒星星歷表、攝影機標稱光軸指向數(shù)據(jù)解算姿態(tài)角，美國在Apollo上使用的恒星攝影機測定姿態(tài)精度達5″。陀螺儀：陀螺儀的原理就是，一個旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的，是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器。GPS：使用GPS的方法也能測定姿態(tài)，它是將3臺GPS接收機裝載攝影機組上，同時接受4顆以上的GPS衛(wèi)星信號，反算出每臺接收機的三維坐標，進而解算出攝影機的3個姿態(tài)角。組合姿態(tài)測量：利用陀螺儀、星相機來聯(lián)合測姿，如日本ALOS衛(wèi)星。當前第14頁\共有23頁\編于星期二\8點3.2在軌姿態(tài)測量日本ALOS衛(wèi)星采用三臺高精度的星敏感器結(jié)合慣性陀螺和附加的高精度角度偏移測量傳感器ADS，通過聯(lián)合姿態(tài)確定算法。依靠星敏感器測姿值和高精度角度偏移測量傳感器ADS的觀測值聯(lián)合計算，使衛(wèi)星的姿態(tài)確定精度達到了在軌處理為1.08″，地面事后處理為0.5″的水平。ALOS衛(wèi)星當前第15頁\共有23頁\編于星期二\8點4.無地面控制點衛(wèi)星攝影測量的發(fā)展現(xiàn)狀4.1框幅式傳感器影像無控制點攝影測量4.2光學掃描式傳感器影像無控制點攝影測量4.3光學線面式傳感器影像無控制點攝影測量4.4雷傳感器影像無控制點攝影測量當前第16頁\共有23頁\編于星期二\8點4.1框幅式傳感器影像無控制點攝影測量框幅式相機系靜態(tài)攝影，影像幾何保真度好。采用增大航向像幅的相機，基高比得到改善，在無地面控制點條件下，可以滿足1:5萬地形圖要求。各國返回式攝影測量衛(wèi)星傳感器系統(tǒng)的參數(shù)當前第17頁\共有23頁\編于星期二\8點4.2光學掃描式傳感器影像的無控制點攝影測量大框幅相機攝影的相片一般是膠片式的，無法利用數(shù)字格式進行傳輸，且膠片的長度有限，總信息量不足，而且需回收后才能取得膠片。因此難以滿足長時間運行的需要，還要冒回收的風險，且費用昂貴。隨著電子和遙感技術(shù)的快速發(fā)展，利用CCD傳感器獲取遙感影像的衛(wèi)星越來越多。CCD相機可以進行對地立體觀測，它是目前對地觀測十分有效的傳感器。國內(nèi)外在利用掃描式傳感器獲取的影像進行無控制點攝影測量研究領(lǐng)域，主要集中在SPOT5、QuickBird、IKNOS、ALOS等幾個構(gòu)像幾何關(guān)系嚴密且影像分辨率高的衛(wèi)星上。當前第18頁\共有23頁\編于星期二\8點4.2光學掃描式傳感器影像的無控制點攝影測量法國的SPOT衛(wèi)星由于采用了具有特色的設計思想和技術(shù)，其特點是有斜向掃描，能立體成像。SPOT5衛(wèi)星影像在民用市場應用極為廣泛，目前法國正在計劃發(fā)展SPOT6衛(wèi)星。SPOT5衛(wèi)星當前第19頁\共有23頁\編于星期二\8點4.2光學掃描式傳感器影像的無控制點攝影測量一是基于星歷和姿態(tài)數(shù)據(jù)無控制點攝影測量。利用SPOT5衛(wèi)星提供的DimapMetadata文件中的星歷數(shù)據(jù)及姿態(tài)數(shù)據(jù)，分別經(jīng)過拉格朗日和線性內(nèi)插獲得任意時刻的衛(wèi)星位置和姿態(tài)，利用類似于空間前方交會的解算地面坐標。研究表明利用這種方法進行無控制點攝影測量，平面精度達50米，高程精度可達40米。二是利用有理函數(shù)模型（RFM）來對推算地面點坐標，采用“與地形無關(guān)”的方案。通過星歷數(shù)據(jù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)計算出外方位元素之后，則利用外方位元素和嚴格幾何模型生成“虛擬”的三維物方格網(wǎng)，并將這些密集、均勻的格網(wǎng)點作為“虛擬”的地面控制點，用以解算有理函數(shù)模型系數(shù)，這些格網(wǎng)點的坐標可以利用嚴格傳感器模型計算得到，而不需要實際的地形信息，因此這種解算方案與實際的地形無關(guān)。三是利用同一軌道上某一時刻精確己知的衛(wèi)星系統(tǒng)參數(shù)的影像數(shù)據(jù)進行外推，可以在一定范圍內(nèi)消除系統(tǒng)誤差，提高定位精度。研究表明通過加入一個控制點系統(tǒng)誤差得到了一定的消除，定位精度有了很大的提高，平面精度提高到十幾米，高程精度提高到米級。當前第20頁\共有23頁\編于星期二\8點4.2光學掃描式傳感器影像的無控制點攝影測量日本的ALOS衛(wèi)星采用的傳感器是三線陣CCD相機,但立體測繪只有前、后視影像,正視影像僅用于作正射影像。由于衛(wèi)星在軌位置以及姿態(tài)測量技術(shù)先進，可以在無地面控制點條件下測繪1∶2.5萬比例尺,等高距為10m的地形圖,它是當前商業(yè)衛(wèi)星中進行無控制點立體測圖能力最強的衛(wèi)星。巢湖2.5米全色和10米多光譜融合圖ALOS三線陣測圖當前第21頁\共有23頁\編于星期二\8點4.3光學線面式傳感器影像的無控制點攝影測量西安測繪研究所王任享院士提出了LMCCD相機(線陣—面陣CCD組合相機)的概念和實現(xiàn)的基本條件，即三線陣加四個CCD小面陣混合配置的LMCCD攝影機思想。將星測外方位元素參與平差后，在經(jīng)過影像數(shù)字模擬測試后發(fā)現(xiàn)在無地面控制點的衛(wèi)星攝影測量方面優(yōu)于單純的三線陣CCD相機。裝載有該相機的衛(wèi)星“天繪一號”于2010年8月24日發(fā)射，標志著我國全球測繪能力有了新的躍升。當前第22頁\共有23頁\編于星期二\8點4.4雷傳感器影像