基于PIE的地方坐标系卫星影像数据处理
    来源:北京航天宏图  时间:2017/09/08

    1引言

        PIEOrtho是北京航天宏图信息技术股份有限公司自主研发的PIE遥感图像处理软件的专业测绘扩展模块,针对国内外卫星遥感影像数据的测绘处理任务研发。它无需或只需少量人工干预,即可快速地批量化完成连接点/控制点自动提取、平差解算、数字高程模型(DEM)生成、数字正射影像产品(DOM)生成。其专业算法经过多年的研究和大数据考验,效率和精度完美地集于一身,可应用于国土、测绘、农业、林业、水利、军事等行业。

        全国每个城市都有地方坐标系,由于其严密的转换参数属于机密数据,所以这些地方坐标系通常不被相关软件直接识别和转换,因此为地方坐标系的影像生产带来了困难。针对这一难题,PIEOrtho经过反复研究实践,提出了一套支持全国所有地方坐标系的方案:(1)如果为多张相邻影像,先将影像进行无控区域网平差,保证影像间的相对精度,然后进行正射纠正、匀色拼接处理;(2)如果有四参数、七参数则可先进行输入,接着用纠正好的通用坐标系成果影像和地方坐标系基准影像进行全自动匹配,然后再进行几何精纠正处理;(3)如果没有四参数和七参数,则可以先手工均匀选取三个控制点,建立初始的仿射变换关系,然后进行全自动控制点匹配,最后再进行几何精纠正处理。经过几何精纠正处理后的输出影像投影及地理坐标系与所用的基准影像一致,于是就将通用坐标系成果影像直接制作成了地方坐标系影像。


    2技术流程

        基于PIEOrtho的地方坐标系测绘产品生产流程如下图所示:

    图 1地方坐标系卫星影像数据处理流程


        针对地方坐标系、待配准影像和基准影像无投影或者RPC文件的情况,在人工选取三个粗略同名点建立初始仿射关系后,便可以全自动提取大量的同名控制点并自动几何精纠正输出。

    图 2人工选取三个同名控制点(左图为GF-1全色纠正后结果,右图为0.2米航片海南文昌坐标系标准分幅影像)

    图 3自动匹配的同名控制点(左图为GF-1全色纠正后结果,右图为0.2米航片海南文昌坐标系标准分幅影像)

    图 4 GF-1全色几何精纠正后转为地方坐标系结果



    3实验数据处理

        选取海南省陵水县作为实验区域,利用PIEOrtho地方坐标系卫星影像数据处理流程对覆盖该区域的高分二号影像作为处理数据。陵水县高分二号影像处理存在以下技术困难:(1)基准影像为500景标准分幅的0.2米航空影像,自带海南地方坐标系(无坐标转换参数),时相差异大导致地物差异巨大,基准影像覆盖情况如图 2所示;(2)海南常年多云,覆盖陵水县的高分二号影像云区覆盖严重。

    图 5基准影像覆盖情况


        PIEOrtho可以全自动或者只需少量人工干预便可完成地方坐标系影像的生产,尤其是针对多时相、不同传感器影像间的自动匹配难题,其采用了独特自创的自动匹配算法,即使是航空影像和卫星影像之间的匹配也能运行自如,保证了最终输出产品的几何精度。

    图 6同名控制点自动匹配效果


    图 7自动匹配同名控制点局部放大图


    图 8海南省陵水县高分二号DOM和地方基准影像(0.2米航片)叠加效果图


    图 9海南省陵水县高分二号DOM和地方基准影像(0.2米航片)叠加效果图


    图 10陵水县高分二号地方坐标系DOM成果图



    4结论

    经过精度检查,利用PIEOrtho制作的陵水县高分二号DOM成果相对精度达到了0.2个像元,绝对精度平均达到了0.5米,最大不超过2米。由于云区众多,导致有云层覆盖的区域全自动匀色效果不佳,后续PIEOrtho会针对区域性的自动匀色和手工调色进行持续性研发优化。