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1、WUHAN UNIVERSITY 学号_ 密级_ 本科毕业论文 卫星影像RPC空三精度研究院（系）名 称：测绘学院专 业 名 称 ：测绘工程学 生 姓 名 ：指 导 教 师 ： 教授 二一四年六月BACHELORS DEGREE THESIS OF WUHAN UNIVERSITYStudy on Aerotriangulation Accuracy of Satellite Images with RPC FilesJune 2014本人签名： 日期： 摘 要 随着摄影测量与遥感技术、计算机技术以及航空航天技术的发展，高分辨率卫星影像作为遥感数据源已越来越多地用于实际生产研究中。摄影测量作业
2、离不开数量以及精度都足够的控制点，空中三角测量作为解析摄影测量的一种方法，能够高效快速地提供所需要的大量控制点，因此，空中三角测量的精度研究是很有必要的一项工作。本文通过使用全方位数字摄影测量处理系统ERDAS LPS实现一套卫星影像数据以及相应的RPC文件的空中三角测量，同时分析该种方法的精度。关键词：RPC；空中三角测量；精度ABSTRACT With the development of the technology of photogrammetry and remote sensing , computer and aerospace, high resolution satelli
3、te images, as a kind of resource, have been used in real production. In the process of photogrammetry, it is vital to obtain adequate control points with high accuracy. Aerotriangulation is a method to obtain enough high-accuracy control points quickly. Thus it is necessary to discuss the accuracy o
4、f aerotriangulation. In this dissertation, I try two schemes to test the accuracy of aerotriangulation, which include the method of ERDAS LPS and the MATLAB program, with the same satellite images and their RPC file, and then compare the two results. Key words: RPC；aerotriangulation；accuracy目 录第1章 绪
5、论11.1 概述11.2 研究意义11.3 国内外研究现状及发展趋势31.4 本文主要内容5第2章 常用的高分辨率遥感影像卫星62.1 陆地卫星（Landsat）62.2 SPOT系列卫星62.3 美国IKONOS卫星72.4 美国Quick bird卫星72.5 GeoEye卫星72.6 worldview卫星82.7 中巴资源卫星CBERS82.8 Pliades卫星92.9 RapidEye卫星102.10 ALOS卫星102.11 本章小结11第3章 基于有理函数的通用成像模型123.1 有理函数模型原理123.2 有理函数模型的特点143.3 RFM的优化153.4 本章小结15第4
6、章 空中三角测量174.1 概述174.2 航带网法空中三角测量174.3 独立模型法区域网空中三角测量184.4 光束法区域网空中三角测量194.4.1基本思想与主要内容194.4.2误差方程式与法方程式的建立204.5 本章小结23第5章 实验245.1 引言245.2 数据说明265.3 实验主要操作流程275.4 实验分析28结 论29参考文献30致 谢31附录A worldview影像的RPC文件32第1章 绪论1.1 概述随着计算机技术以及数字图像处理、模式识别、计算机视觉和人工智能等相关技术设为发展，人们对地球科学的研究也逐步深入，同时对地球科学的研究成果也正逐步应用于生活，无可
7、厚非，摄影测量对此做出了巨大的贡献。生活中常见的4D产品（数字高程模型DEM、数字正射影像DOM、数字线划图DLG、数字栅格图DRG）以及三维景观图等等离不开摄影测量技术。从20世纪90年代初以来，航天遥感已经进入一个能快速提供多种高分辨率对地观测数据的新阶段，当前，利用高分辨率卫星遥感影像进行高精度目标定位、立体测图和变化监测室国内外的研究热点。同时，卫星遥感影像纠正越来越多地应用于摄影测量领域，空间分辨率达到了米级/亚米级的立体遥感图像，已有能力替代传统用于1:50000和1:10000比例尺地形图测绘或地理信息更新的航空影像1。 这些高分辨率卫星为摄影测量学提供了新的研究内容，引起了摄影
8、测量学者的普遍关注。但是由于技术上的以及政治上的保密，摄影测量所关注的一些高性能传感器的相关信息如轨道星历、镜头构造、成像方式等并未被公开这导致了基于传感器的成像模型研究存在了一定的困难。同时，由于航天遥感影像的摄影高度大，视场角小，以致其共线方程的定向参数之间存在很强的相关性，常常很难得到合理的解，因此用共线方程作为卫星影像定位的几何模型虽然在理论上严密，但往往并不能得到理想的定位精度因此，对卫星影像定位的各种几何模型进行分析、比较，寻求一种高精度的定位方法，是航天摄影测量凾待解决的问题2。1.2 研究意义摄影测量与遥感是一门先进的技术，在各个领域如军事侦察、目标检测、土地利用、资源普查、灾
9、情监测、天气预报、地形测绘等等方面应用广泛，其发展前景也很可观，各国对摄影测量方面的研究也在不断深入。在遥感成像过程中，由于各种因素的影响，使得遥感图像存在一定的几何变形。遥感影像的几何变形是指原始图像上各种地物的几何位置、形状、尺寸、方位等特征与在参考系统中表达要求不一致时产生的变形。遥感影像的变形误差总的可以分为静态误差和动态误差两大类。静态误差是在成像过程中，传感器相对于地球表面呈静止状态时所具有的各种变形误差；而动态误差主要是由于在成像过程中地球的旋转等所造成的图像变形误差。遥感影像的变形误差亦也分为内部误差和外部误差。内部误差主要是由于传感器自身的性能、技术指标偏离标称数值所造成的，
10、通常内部误差是随传感器的结构不同而异的，其数值一般较小，可以通过检校的方式得以测定。外部变形误差，指的是遥感传感器本身处在正常工作条件下，而由传感器以外的各种因素造成的误差，例如传感器的外方位(位置、姿态)变化、传感器介质的不均匀、地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素所引起的变形误差。遥感中的几何变形给遥感图像给某些方面的应用（如影像匹配、影像融合、目标测量以及综合制图等）带来了不便，只有使用合理的方式消除或减少几何形变的影响，高分辨率卫星影像才能发挥更好的作用。因此，高精度的几何纠正是遥感影像在投入应用之前必须解决的重要问题，研究各种地理数据几何精纠正的算法，开发相关的几何精纠正系统具有重要的
11、实际意义。在摄影测量与遥感图像处理方面，无论是仅仅进行影像纠正还是进行4D产品的生成，控制点就是不可或缺的条件之一，因此，快速获取高精度、数量足够的控制点是摄影测量与遥感数据处理的基础。空中三角测量能够利用少量控制点或利用其他控制资料对影像进行处理，从而获得足够数量控制点的过程。随着摄影测量与遥感技术的发展和电子计算机技术的进步，用摄影测量方法测定点位的精度有了明显提高，其应用领域也不断扩大，除了为摄影测量作业提供必要的控制点以及像片外方位元素，也在单元模型中加密大量的地面坐标用于数字高程模型的采样，用于地籍测量确定大范围内界址点的国家统一坐标以建立坐标地籍，取代大地测量方法进行三、四等或等外
12、三角测量的点位测定，另外，高精度的摄影测量加密，用于各种不同的应用目的，如解析法地面摄影测量，用于各类建筑物的变形观测、工业测量等。综上所述，研究空中三角测量的精度是保障摄影测量处理的根本。1.3 国内外研究现状及发展趋势 从上世纪六十年代开始，国外就开始了遥感数据处理技术和遥感图像几何纠正方面的研究，但是大多是针对具体的传感器获得的遥感影像进行讨论。校正精度对于经过系统几何处理的遥感影像而言，小于一个像元已经很容易达到，几何校正技术也比较成熟，达到了应用的要求。 根据误差的来源和影响方式，影像的几何纠正有光学纠正和数字纠正之分。光学纠正的基本形式是利用一台光学纠正仪进行摄影过程的几何反转，它
13、是摄影测量中纠正图像的传统方法。但这些经典的光学纠正仪器在数学关系上受到很大的限制，特别是近年来遥感技术中许多新传感器的出现，产生了与经典框幅式航摄像片不同的影像，不便使用这些光学纠正仪器。对于数字影像，目前主要采用的是数字几何纠正，这种方式不仅灵活性大，而且所需设备少，适用于工程实践中。它实际上是根据有关的参数与数字地面模型，利用相应的构像方程，或按一定的数学模型用控制点解算，从原始非正射投影的数字影像获取正射影像的过程。因此对于数字影像而言，实际采用的纠正方法大致有两类：其一是使用数字高程模型(Digital Elevation Model，简称 DEM)和相应的构像方程的共线方程纠正法；
14、其二是根据一定的数学模型采用控制点解算的方法。前者主要针对遥感影像，严格按照成像时的空间几何关系进行模拟，几何纠正精度较高，但是必须首先获得该影像范围的DEM，否则在缺乏数字地面高程模型的情况下，影像的纠正将变得复杂而困难。后者是一种传统的几何纠正方法，它原理直观，计算方法较为简单，而且回避了成像的空间几何过程，直接对图像变形本身进行数学模拟，该方法对各种类型传感器的几何纠正都是普遍适用的。无论采用哪一种纠正方法，均离不开足够数量的控制点，它们实际上都是按一定的数学模型，利用控制点解算转换矩阵的方法对图像进行几何纠正。它们都需要控制点提供影像在空间上的地理位置控制，而且控制点精度的高低将直接影响到几何纠正的精度，最终影响到影像的精度，因而降低数据分析的可靠性。所以，如何获取高精度的控制点亦是几何纠正中的关键。在需要大量控制点的情况下，控制点获取的效率和质量问题是我们要研究的另一个方面，解析法空中三角测量就是利用少量的控制点，运用模型进行解算，得到更多的精度满足要求的地面控制点的过程。空中三角测量的发展较大程度上取决于摄影测量技术和计算工具的发展,可以将它分为辐射三角测量,航带法空中三角测量,区域网平差的数字方法3个主要发展阶段。近年来,随着数字摄影测量技术的发展,使用数字影像的自动空中三角测量系统已经很实用,有的系统集自动采集量测、区域网平差于一
