基于WorldView-2立体影像的广州市1∶5000数字地形图生产研究与应用

宋 杨，李长辉，林 鸿，陈 鹏

（广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060）

一、引 言

高分辨率卫星遥感影像的问世为基础测绘生产提供了新的数据源，相对传统的航空摄影资料，卫星立体遥感影像展现出了独特的优势，以WorldView-2卫星影像为例，其具有获取周期短、影像覆盖范围广等优点，可实现全天候、不间断的数据获取。同时由于高分辨率的卫星系统通常都具有很高的稳定性，基于高精度的星历参数和姿态参数，可显著提高无地面控制情况下的定位精度，从而在具备少量控制点的情况下使地形图测制精度得到提高。这就使得利用高分辨率卫星立体影像进行内外业一体化测图成为可能，而且可以采取先内业后外业的生产技术路线。

为了积极响应广州市规划局于2007年提出的“1，2，3，5基础地形图更新机制”，本文对大比例尺地形图生产新思路进行探索，基于WorldView卫星立体数据进行1∶5000数字线划图的生产试验。在作业平台的选取上，通过对武汉航天远景公司MapMatrix数字摄影测量平台及北京清华山维EPS地形图编辑平台的集成，实现了大比例尺数字线划图数据采集、编辑及形成GIS入库数据一体化的工作流程。

二、试验区及数据处理平台介绍

1.试验区范围

所选试验区覆盖了广州市白云山的部分山形、麓湖，以及珠江以北围绕麓湖一带的中心城区，地形地貌较为丰富，该片区内有山、水、居民地，以及高层建筑等，面积约为100 km2。

2.一体化数据处理平台

航天远景MapMatrix平台能兼容目前市面上广泛的传感器数据类型，包括普通航片、IKONOS、DMC、UCD、UCX、GeoEye、WorldView、ALOS 等；支持SHP、DXF、TXT、XML等多种通用格式数据的导入导出，使系统与后续处理无缝连接，所有功能可预见、可回撤；支持原始影像/正射影像/自由网测图。MapMatrix平台针对国内生产单位建立具体工作流程时提供了灵活的本地化定制接口，可实现业务流程及生产习惯的个性化定制。

清华山维EPS图形平台是建立在数据库基础上的图形处理系统，其近10年来在长期服务于广勘院测绘生产工作的过程中，积累了丰富的本地化使用经验，结合国标和地方性标准、规范，已实现完成广州市 1∶500、1∶2000、1∶5000 几种比例尺地形图编辑、入库的模板设计。

本文研究的一大亮点是通过实现航天远景MapMatrix平台与清华山维EPS平台的定制与对接，使立体测图与得到“图属合一”的GIS数据的工作目的同时达成，相比国内目前绝大多数的数字线划图生产流程更为高效、先进。

三、基于高分辨率卫星立体数据的大比例尺立体测图

1.技术流程

本文提出的一体化数字地形图生产体系如图1所示。

图1 基于高分辨率卫星立体影像的一体化测图技术流程

2.具体步骤

在进行WorldView-2定向之前，需要准备5种数据:原始卫星影像文件、RPC文件、控制点点位图、WGS-84坐标系下的控制点文件、广州坐标系下的控制点文件。如图2所示，从1∶500地形图中共提取了31个控制点，在后续实施控制点转刺时可以有选择地进行，因为这31个点中有些点位分布的位置较近，可以留作检查点使用。

图2 广州坐标系下的控制点文件

31个控制点分布在立体像对覆盖区域影像的8个点位附近（图3中圈定范围），基本上符合控制点均匀分布、整体控制的需要。图像东北角的区域属于军事禁区，因为没有1∶500图数据，因此在这个方位无法加设控制点位。

图3 控制点方位分布图

主要步骤概括如下:

1）打开MapMatrix，新建工程，并设置测区类型为RPC参数，如图4所示。添加原始卫星影像，指定对应的RPC文件，添加WGS-84坐标系及广州坐标系下的两套控制点文件，进行控制点转刺及RPC空三解算，如图5所示。如果误差没有超限，则退出RPC空三，完成WorldView-2影像定向；如果超限，则继续进行 RPC空三，直到结果满足限差要求为止。

图4 新建工程指定测区类型为RPC

图5 控制点转刺，RPC空三解算

2）在完成了RPC空三解算后，对WorldView-2进行卫星模型置平，由于卫星拍摄影像时的姿态一般不是垂直于地面的，卫片组成的像对一般看来也是倾斜的，置平可使卫星影像更符合人眼的视觉，方便侧图。

3）生成XML格式的立体模型，在EPS平台引入立体模型后进行立体采集、地形图编辑。基于EPS平台的地形图模板，实现立体测图的同时可得到GIS数据，数据格式即EDB格式，地形图成果如图6所示。

对测制完成的数字地形图按平面、高程两个方面进行严格的精度检测，其结果见表1、表2。

1）76 个平面点对应的点位中误差计算结果为1.048 m，按平地、丘陵地规定的图上0.5 mm换算为实际距离为2.5 m，76个点位平面精度均小于两倍中误差5 m，说明测图结果的平面精度合格。

2）52 个高程注记点的高程中误差计算结果为0.303 m，将试验区地形判定为平地，0.303 m的高程中误差计算结果小于国标规定的平地高程注记点的中误差（0.35 m）。严格按照0.7 m的两倍中误差来统计，52个高程注记点中有2个粗差，粗差率为3.8%。

图6 1∶5000地形图成果

表1 平面精度统计分析结果m

根据平面和高程精度分析结果来看，本课题采用WorldView-2立体卫星影像进行1∶5000地形图测制的技术路线是可行的，成图结果符合国标精度要求。

四、结束语

本文围绕高分辨率卫星数据服务于大比例尺地形图生产开展研究，创新性地集成了航天远景与清华山维两个平台的优势功能，从而实现了地形图数据采集与生成图属一体化的GIS入库数据同步化的目的，搭建的一体化作业平台提高了工作效率，极大地拓宽了基础测绘产品服务的领域，使得地形图数据的可用性得到了增值。

表2 高程精度统计分析结果

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