CN114184173B - 一种遥感卫星立体影像测图能力综合评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种遥感卫星立体影像测图能力综合评估方法，包括：分析卫星影像在不同控制条件下的几何精度，评估卫星影像几何精度适用的最大测图比例尺；分析和评估卫星影像空间分辨率适用的最大测图比例尺；分析和评估卫星影像的谱段光谱范围适用的最大测图比例尺；分析和评估卫星影像基高比适用的最大测图比例尺；获取卫星影像几何精度、空间分辨率、谱段光谱范围、基高比适用的最大测图比例尺中的最小值，即为卫星影像整体适用的测图比例尺。本发明全面、综合考虑了卫星立体影像各主要属性特征的测图适用性，是一种全面和定量评估卫星立体影像测图能力的新方法。

Description

一种遥感卫星立体影像测图能力综合评估方法

技术领域

本发明涉及摄影测量技术领域，尤其涉及一种遥感卫星立体影像测图能力综合评估方法。

背景技术

所谓遥感卫星立体影像测图是指利用卫星影像作为数据源，开展地形图、数字高程模型、数字正射影像图等基础地理信息产品生产和更新。而遥感卫星立体影像测图能力是指卫星影像能够用于多大比例尺的基础地理信息产品生成。基础地理信息产品的基本比例尺包括8种：1:100万、1:50万、1:25万、1:10万、1:5万、1:2.5万、1:1万、1:5000。针对小范围内精确研究和工程施工应用，还可以包括1:2000、1:1000和1:500等比例尺。目前利用遥感卫星影像作为数据源可以用于开展1:5万、1:2.5万、1:1万、1:5000和1:2000比例尺地理信息产品生产。

针对某一型号卫星影像开展测图能力评估，是测图工程中卫星影像选用的主要依据，还是指导测绘遥感卫星开展指标设计的重要方法。当前国内外对遥感卫星立体影像测图能力的研究主要集中在单独分析和评价卫星影像几何精度和空间分辨率两个指标的测图适用性，既没有将影像几何精度和空间分辨率两个指标进行综合考量，更没有充分考虑影像光谱范围、影像基高比两个指标对卫星立体影像测图能力的影响，使得评价结果缺乏全面性和严谨性。实际上，卫星影像数据的几何精度、空间分辨率、谱段光谱范围、影像基高比等都对基础地理信息产品生产有着重要的影响，他们共同决定了卫星影像是否能够满足基础地理信息产品生产需求，以及能够满足何种比例尺基础地理信息产品生产。因此，建立一种全面且科学的卫星立体影像测图能力综合评价方法，能够从遥感卫星影像的几何精度、空间分辨率、光谱谱段范围、影像基高比等各方面综合评价遥感卫星立体影像测图适用性。对指导遥感卫星影像选取，以及指导遥感卫星指标设计等均具有重要的意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是针对目前尚缺乏一套全面且完整的遥感卫星立体影像测图能力评价方法的不足，提供一种从遥感卫星影像几何精度、空间分辨率、谱段光谱范围和基高比等卫星立体影像主要属性参数出发，对遥感卫星影像的测图适用性进行了综合性定量评价的遥感卫星立体影像测图能力综合评估方法。该方法为测图应用中遥感卫星影像源的科学选择、全面评估提供了有效手段。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

一种遥感卫星立体影像测图能力综合评估方法，包括：

S1选取测区内若干试验区域开展卫星影像几何精度验证与分析，评价测区内该型号卫星立体影像能够达到的平面和高程几何精度；对照测绘地理信息标准中各基本比例尺基础地理信息产品几何精度要求，评估卫星影像几何精度适用的最大测图比例尺；

S2根据制图领域中明视距离下能够分辨的地图上最小要素的尺寸，计算生产各基本比例尺基础地理信息产品时对卫星影像地面分辨率的最低要求，评估卫星影像地面分辨率适用的最大测图比例尺；

S3根据生产各基本比例尺基础地理信息产品时对卫星影像谱段最佳光谱范围的要求，评估卫星影像光谱范围适用的最大测图比例尺；

S4根据各基本比例尺基础地理信息产品的平面和高程精度要求的对比关系，设计了各基本比例尺基础地理信息产品生产时对立体影像基高比的最低要求，计算卫星立体影像的基高比，评估卫星影像基高比适用的最大测图比例尺；

S5获取卫星立体影像几何精度、地面分辨率、谱段光谱范围、基高比适用的最大测图比例尺中的最小值，即为卫星立体影像适用的最大测图比例尺。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

(1)本发明提出了一种比较全面的卫星立体影像测图能力多指标综合评价新方法，在卫星立体影像测图能力的分析和评价方面有一定的突破意义。

(2)本发明从卫星影像几何精度、地面分辨率、谱段光谱范围、基高比四方面指标综合评价卫星影像的测图适用性，相比现有方法，评价过程更加全面和严谨，评价结果更加科学和可信。

(3)本发明中的四方面指标均使用了量化指标，受主观影响较小，评价结果较客观，可操作性较强。

附图说明

图1是遥感卫星立体影像测图能力综合评估方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，为遥感卫星立体影像测图能力综合评估方法流程，包括：

S1、选取测区内若干试验区域开展卫星影像几何精度验证与分析，评价测区内该型号卫星的立体影像能够达到的平面和高程几何精度；对照我国测绘地理信息国家标准中各基本比例尺基础地理信息产品几何精度要求，评估卫星影像几何精度适用的最大测图比例尺BLC_geomaccuracy。

该步骤具体包括如下内容,

S11，收集卫星影像的标称几何精度相关资料，包括该卫星影像供应商提供的影像产品说明书、国内外关于该卫星影像几何精度研究文献等，综合评价该卫星影像在测区内的理论几何精度水平。结合测区地理特征和控制资料分布情况，选取一个或若干个包含测区主要地形类型的实验区域，分别开展无地面控制、稀少地面控制、足量地面控制等条件下的卫星立体影像几何精度验证，获取不同控制条件下卫星影像在不同地形区域的平面和高程精度的试验结果。综合该卫星立体影像的理论几何精度水平和几何精度试验结果，评估测区内该型号卫星立体影像的在不同控制条件下的平面中误差和高程中误差水平。

S12，收集并整理各类基础地理信息产品的相关国家或行业标准规范中对不同地形类型的几何精度要求，统计出各基本比例尺基础地理信息产品的平面和高程中误差要求如下表1所示。

表1

S13，将S11中获得的不同控制条件下的卫星立体影像几何精度，与各基本比例尺的基础地理信息产品几何精度要求进行对比分析，若卫星立体影像在平地、丘陵、山地和高山地地形区域的平面和高程中误差数值均不大于某一比例尺基础地理信息产品所要求的中误差数值时，则立体影像适用于该比例尺测图，据此获取该卫星立体影像几何精度适用的最大测图比例尺BLC_geomaccuracy。

S2、根据制图领域中明视距离下人眼能够分辨的地图上最小要素的尺寸，计算生产各基本比例尺基础地理信息产品时对卫星影像地面分辨率的最低要求，评估卫星影像地面分辨率适用的最大测图比例尺。

该步骤具体包括如下内容：

S21,根据制图时明视距离下(一般认为是25厘米)人眼能够分辨的地图上最小要素的尺寸(一般认为是0.1毫米)，利用下式，计算各基本比例尺基础地理信息产品上最小要素对应的地面距离r；卫星影像作为生成数据源时，其空间分辨率数值应小于r，则可以获取生产各基本比例尺基础地理信息产品时对卫星影像地面分辨率的最低要求(表2)，

r＝blc×0.0001

式中，blc为比例尺分母。

表2

测图比例尺	影像地面分辨率要求(米)
		1:50000	5
1:25000	2.5
		1:10000	1
1:5000	0.5
		1:2000	0.2

S22,将卫星立体影像各组成影像中空间分辨率的最小值，与表2中各基本比例尺基础地理信息产品生产时要求的影像空间分辨率进行对比分析，若卫星立体影像的空间分辨率小于某一比例尺基础地理信息生产时要求的影像空间分辨率数值，则立体影像空间分辨率适用于该比例尺测图，据此获取该卫星立体影像空间分辨率适用的最大测图比例尺BLC_resolution。

S3、基于测绘部门长期测绘生成实践经验和普遍共识，总结出生成各基本比例尺基础地理信息产品时对卫星影像谱段最佳光谱范围的要求(表3)，评估该卫星影像光谱范围适用的最大测图比例尺BLC_spectral。

该步骤具体包括如下内容：

S31，结合测绘部门在长期测图生产实践中总结得出的利用光学影像人工识别并测制基本地理要素(如居民地、道路、水系、植被、地貌和土质等)的最佳光谱范围的经验值，同时基于不同比例尺基础地理信息产品包含的基本地理要素类型和要求，设计了生成各基本比例尺基础地理信息产品时对卫星影像谱段最佳光谱范围的要求(表3)。

表3

S32，将卫星影像中空间分辨率最高的全色影像的波谱范围，与表3中各基本比例尺基础地理信息产品生产对影像谱段光谱范围要求进行对比分析，若卫星全色影像的波谱范围基本包括某一基本比例尺基础地理信息产品生产时对影像谱段光谱范围要求，则卫星立体影像谱段光谱范围适用于该比例尺测图，据此获取该卫星立体影像谱段光谱范围适用的最大测图比例尺BLC_spectral。

S4、根据各基本比例尺地理信息产品的平面和高程精度要求的对比关系，同时结合我国测绘部门长期测绘生成实践经验和行业普遍共识，设计了各基本比例尺地理信息产品生产时对立体影像基高比的最低要求，计算卫星立体影像的基高比，评估卫星影像基高比适用的最大测图比例尺。

该步骤具体包括如下内容：

S41，根据各基本比例尺基础地理信息产品几何精度要求(表1)中高程中误差和平面中误差的对应关系，同时结合测绘部门长期测图生产实践经验，利用下式计算出各基本比例尺基础地理信息产品生产时对卫星立体影像基高比的最低要求(表4)。

式中，B为基高比；d_vectical为某一比例尺基础地理信息产品在丘陵或山地地形的高程中误差要求；d_planar为某一比例尺基础地理信息产品在丘陵或山地地形的平面中误差要求；p为补偿系数，一般为1。

表4

S42，利用下式计算卫星立体影像基高比，与表4中各基本比例尺基础地理信息产品生产时对影像基高比最低要求进行对比，若卫星立体影像基高比不小于某一基本比例尺地理信息产品生产对影像基高比最低要求，则卫星立体影像基高比适用于该比例尺测图，据此获取该卫星立体影像基高比适用的最大测图比例尺BLC_{base_height_ratio}。

式中，V为卫星运行速度，t为构成立体影像的两张立体影像之间的成像时间差，H为卫星轨道高度。

S5、计算卫星影像几何精度适用的最大测图比例尺BLC_geomaccuracy、地面分辨率适用的最大测图比例尺BLC_resolution、光谱范围适用的最大测图比例尺BLC_spectral、基高比适用的最大测图比例尺BLC_{base_height_ratio}的最小值，即为该卫星影像适用的最大测图比例尺BLC。

BLC＝min(BLC_geomaccuracy,BLC_resolution,BLC_spectral,BLC_{base_height_ratio})。

上述实施例提供的方法是一种比较全面的卫星立体影像测图能力多指标综合评价新方法，在卫星立体影像测图能力的分析和评价方面有一定的突破意义。本实施例从卫星影像几何精度、地面分辨率、谱段光谱范围、基高比四方面指标综合评价卫星影像的测图适用性，相比现有方法，评价过程更加全面和严谨，评价结果更加科学和可信。且本实施例中的四方面指标均使用了量化指标，受主观影响较小，评价结果较客观，可操作性较强。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种遥感卫星立体影像测图能力综合评估方法，其特征在于，包括：

S1选取测区内若干试验区域开展卫星影像几何精度验证与分析，评价测区内卫星立体影像能够达到的平面和高程几何精度；对照测绘地理信息标准中各基本比例尺基础地理信息产品几何精度要求，评估卫星影像几何精度适用的最大测图比例尺；

S2根据制图领域中明视距离下能够分辨的地图上最小要素的尺寸，计算生产各基本比例尺基础地理信息产品时对卫星影像地面分辨率的最低要求，评估卫星影像地面分辨率适用的最大测图比例尺；

S3根据生产各基本比例尺基础地理信息产品时对卫星影像谱段最佳光谱范围的要求，评估卫星影像光谱范围适用的最大测图比例尺；

S4根据各基本比例尺基础地理信息产品的平面和高程精度要求的对比关系，设计了各基本比例尺基础地理信息产品生产时对立体影像基高比的最低要求，计算卫星立体影像的基高比，评估卫星影像基高比适用的最大测图比例尺；

S5获取卫星立体影像几何精度、地面分辨率、谱段光谱范围、基高比适用的最大测图比例尺中的最小值，即为卫星立体影像适用的最大测图比例尺。

2.根据权利要求1所述的遥感卫星立体影像测图能力综合评估方法，其特征在于，所述S1具体包括：

S11选取测区内若干实验区域，分别开展不同控制条件下的卫星立体影像几何精度验证试验，获取不同控制条件下卫星影像在各种地形类型区域的几何精度试验结果，同时综合考虑卫星影像的理论标称精度，评估测区内卫星立体影像在不同控制条件下各种地形类型区域的平面中误差和高程中误差水平；

S12收集并整理各类基础地理信息产品的国家和行业标准规范，统计各基本比例尺基础地理信息产品的平面中误差和高程中误差要求；

S13将获取的不同控制条件下卫星立体影像几何精度与各基本比例尺基础地理信息产品几何精度要求进行对比分析，若卫星立体影像在平地、丘陵、山地和高山地地形区域的平面和高程中误差数值均不大于某一基本比例尺基础地理信息产品所要求的中误差数值时，则立体影像适用于该比例尺测图应用，据此获取卫星立体影像几何精度适用的最大测图比例尺BLC_geomaccuracy。

3.根据权利要求1所述的遥感卫星立体影像测图能力综合评估方法，其特征在于，所述S2具体包括：

S21根据制图领域中明视距离下能够分辨的地图上最小要素的尺寸，计算获得生产各基本比例尺基础地理信息产品时对卫星影像地面分辨率的最低要求：

r＝blc×0.0001

式中，blc为比例尺分母；0.0001米为明视距离下能够分辨的地图上最小要素尺寸的经验值；

S22将卫星立体影像的空间分辨率与各基本比例尺基础地理信息产品生产时要求的影像空间分辨率进行对比分析，若卫星立体影像空间分辨率数值不大于某一基本比例尺基础地理信息生产时要求的影像空间分辨率数值，则卫星立体影像的空间分辨率适用于该比例尺测图，据此获取该卫星立体影像空间分辨率适用的最大测图比例尺BLC_resolution。

4.根据权利要求1所述的遥感卫星立体影像测图能力综合评估方法，其特征在于，所述S3具体包括：

S31根据光学影像测制基本地理要素的最佳光谱范围的经验值，同时基于不同比例尺基础地理信息产品包含的基本地理要素类型和要求，设计了生产各基本比例尺基础地理信息产品时对卫星影像谱段最佳光谱范围的要求，其中，有两个测图比例尺：1：50000与1：25000的影像光谱范围要求为0.5μm-0.7μm；有三个测图比例尺：1:10000、1:5000与1:2000的影像光谱范围要求为0.45μm-0.9μm；

S32将卫星立体影像中空间分辨率最高的全色影像的波谱范围与各基本比例尺基础地理信息产品生产对影像谱段光谱范围要求进行对比分析，若卫星全色影像的波谱范围包括某一基本比例尺基础地理信息产品生产要求的谱段光谱范围时，卫星立体影像的谱段光谱范围适用于该比例尺测图，据此获取该卫星立体影像谱段光谱范围适用的最大测图比例尺BLC_spectral。

5.根据权利要求1所述的遥感卫星立体影像测图能力综合评估方法，其特征在于，所述S4包括：

S41根据各基本比例尺基础地理信息产品几何精度要求中高程中误差和平面中误差的对应关系，设计了计算各基本比例尺基础地理信息产品生产对卫星立体影像基高比的最低要求的公式，并计算获得了各基本比例尺基础地理信息产品生产时对卫星立体影像基高比的最低要求，其中，

测图比例尺为1：50000与1：25000的影像光谱范围要求分别为0.2；

测图比例尺为1:10000的影像光谱范围要求为0.24μm；

测图比例尺为1:5000与1：2000的影像光谱范围要求分别为0.48μm；

各基本比例尺基础地理信息产品生产对卫星立体影像基高比的最低要求的计算公式为：

式中，d_vectical为某一比例尺基础地理信息产品在丘陵或山地地形的高程中误差要求；d_planar为某一比例尺基础地理信息产品在丘陵或山地地形的平面中误差要求；p为补偿系数，取值为1；

S42计算卫星立体影像的基高比，并与各基本比例尺基础地理信息产品生产时对影像基高比最低要求进行对比，若卫星立体影像基高比不小于某一比例尺基础地理信息产品生产时对影像基高比最低要求，则卫星立体影像的基高比适用于该比例尺测图，据此获取该卫星立体影像基高比适用的最大测图比例尺BLC_{base_height_ratio}；其中，卫星立体影像基高比计算公式为：

式中，V为卫星运行速度，t为构成立体影像的两张立体影像之间的成像时间差，H为卫星轨道高度。

6.根据权利要求1所述的遥感卫星立体影像测图能力综合评估方法，其特征在于，所述S5中：卫星影像几何精度适用的最大测图比例尺为BLC_geomaccuracy、地面分辨率适用的最大测图比例尺为BLC_resolution、光谱范围适用的最大测图比例尺为BLC_spectral、基高比适用的最大测图比例尺为BLC_{base_height_ratio}，通过获得前述所有最大测图比例尺的最小值即为该卫星影像适用的最大测图比例尺BLC，BLC计算公式为：

BLC＝min(BLC_geomaccuracy,BLC_resolution,BLC_spectral,BLC_{base_height_ratio})。

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