高分辨率遥感影像数据一体化测图系统PixelGrid

高分辨率遥感影像数据一体化测图系统PixelGrid

北京四维空间数码科技有限公司

一、概况介绍

高分辨率遥感影像数据一体化测图系统PixelGrid（以下简称“PixelGrid”）是由中国测绘科学研究院自主研发的“十一五”重大科技成果，获得2009年度国家测绘科技进步一等奖。

为将这一重大科技成果实现产业化，2008年开始，由中国测绘科学研究院参股单位北京四维空间数码科技有限公司进行成果转化和产品化，并开展销售。

该软件是我国西部1:5万地形图空白区测图工程以及第二次全国土地调查工程的主力软件，

被誉为国产的“像素工厂”。

PixelGrid以其先进的摄影测量算法、集群分布式并行处理技术、强大的自动化业务化处理能力、高效可靠的作业调度管理方法、友好灵活的用户界面和操作方式，全面实现了对卫星影像数据、航空影像数据以及低空无人机影像数据的快速自动处理，可以完成遥感影像从空中三角测量到各种比例尺的DEM/DSM、DOM等测绘产品的生产任务。

PixelGrid软件主界面。

二、主要特点

PixelGrid系统以现代摄影测量与遥感科学技术理论为基础，融合计算机技术和网络通讯技术，采用基于RFM通用成像模型的大范围遥感影像稀少或无控制区域网平差、基于旋转/缩放不变性特征多影像匹配的高精度航空影像自动空三、基于多基线/多重特征的高精度DEM/DSM自动提取、等高线数据半自动采集及网络分布式编辑、基于地理信息数据库等多源控制信息的高效影像地图制作、基于松散耦合并行服务中间件的集群分布式并行计算等一系列核心关键技术，是中国测绘科学研究院研制的一款类似“像素工厂”（ISTAR PixelFactoryTM）的新一代多源航空航

天遥感数据一体化高效能处理系统。

同现有的国内外系统比较，PixelGrid系统的特点主要表现在：

1、PixelGrid系统中使用的关键算法和技术已经基本成熟，较国外同类系统更适合于国内

测绘遥感生产单位。

经多家测绘生产单位使用后结果表明：系统技术先进，运行稳定可靠；在四川汶川地震、青海玉树地震、舟曲泥石流和云南盈江地震等应急影像快速处理中发挥了较大作用，在接到数据后

的6-8小时内可完成摄影区域DEM/DOM的制作。

2、与同类国外商用遥感软件相比，有较高的性价比

PixelGrid系统可同时支持单机多核CPU/GPU多线程模式和基于高速局域网的多核CPU/GPU 集群分布式并行运算，系统的中低配置可以最大限度的利用生产单位已有的计算机和局域网资源，若采用高性能集群计算机（刀片机），软件运行性能则更高。PixelGrid系统基本形成了类似并超越以“像素工厂”（ISTAR PixelFactoryTM）为代表的新一代多源对地观测数据一体化高效能处理系统。从市场价格看，PixelGrid系统全套模块售价低于同类国外商用遥感软件，但具有较

高的性价比。

3、基于已有DOM和DEM的自动、高精度配准技术

与国外同类系统相比，PixelGrid系统具有独特的航空航天遥感影像与已有DOM和DEM的自动、高精度配准技术，可实现航空影像和高分辨率卫星影像区域网平差过程中控制点的自动提取，实现了大范围高分辨率遥感影像的快速精准定位和高效高精度的影像地图制作及更新的功能，

4、多数据源支持

PixelGrid系统首次采用统一的RFM传感器成像几何模型对包括高分辨率卫星影像、传统航片和新型数字航空影像在内的航空航天数据，以统一的数据处理算法及作业流程进行测图，用户界面更加简练和易于操作；另外，采用统一的RFM传感器成像几何模型也易于对软件系统进行快

速升级和维护。具体如下：

▲卫星影像数据：包括目前主流的所有高分辨率卫星影像，如QuickBird/WorldView-I、IKONOS、SPOT1-4、SPOT-5 HRS/HRG、IRS-P5、OrbView、ALOS/PRISM等，并支持大数据量影像

的批量处理。

▲航空影像数据：包括传统扫描航空影像数据和新型数字航空影像，如RC30、UltraCam

系列、SWDC、DMC等主流光学传感器数据。

▲低空无人机影像数据。

5、卫星影像数据稀少控制点区域网平差

PixelGrid系统首次研发和采用大范围区域稀少或无地面控制卫星影像区域网平差技术，有效解决了大测区区域网平差过程中需要考虑的地球曲率改正和跨投影带问题；

卫星影像稀少控制点平差。

实际生产表明，在西部1:50000测图工程中，只需每14-20幅地形图布设一组控制点即可满足测图控制的要求，这无疑大大减轻了外业控制的工作量，另外，采用无控制条件下自由网平差或单侧进行控制的方案，也使得边境地区和境外地形图测绘成为可能。

6、自动、高效的航空影像区域网平差技术

▲针对DGPS/IMU辅助的航空影像数据可采用DGPS/IMU辅助区域网平差，通过DGPS/IMU 传感器自主定位系统直接量测影像的外方位元素，直接完成影像的定向。仅需在使用DGPS/IMU 之前通过合理设置的检校场或少量的地面控制点，解算DGPS/IMU系统的偏移/漂移分量、IMU与成像系统之间的校准误差、GPS/IMU/成像系统之间的侧臂改正参数以及内定向参数，由此建立像

方和物方之间的严格几何关系。

下图为利用PixelGrid软件DGPS/IMU辅助空三的方式进行全自动连接点量测所获得的结果（已进行了自动粗差剔除），剩余连接点最大像点残差为8.8μm，自动提取的连接点分布均匀，

且73%以上为大于4度重叠的点。

▲针对无DGPS/IMU辅助的低空无人机数据，可进行相机畸变差改正，然后采用基于尺度/旋转不变特征和多基线影像匹配技术进行全自动连接点选取及配准，最后利用PAT-BTM / BingoTM进行自动稳健的粗差定位及剔除，完成区域网平差

利用PixelGrid软件自动空三模块所提取的一个10度重叠连接点。

航空影像区域网平差。

7、无人机影像空中三角测量技术

▲高效完成非量测型相机影像畸变差改正，同时完成影像旋转，输出影像幅面不变，主点偏移量X0、Y0分别改正为0、0（针对低空飞行器小像幅影像）

▲针对低空飞行器影像重叠度不够规则、像幅较小、像片数量多、倾角过大且倾斜方向没有规律等特点，采取了基于尺度/旋转不变特征和多基线影像匹配技术的全自动连接点选取及配

准