航天摄影测量

航天摄影测量的原理分析

航天摄影测量是指以卫星、飞船和飞机等航天器为运载工具，利用各种传感器在轨道空间获取地球表面上的地物、地貌影像等信息数据，通过系统软件分析、处理形成各种用途专题地图的测绘方法。

航天摄影测量是伴随着空间技术、摄影技术、图像数字传输与处理、全球定位和计算机技术的发展而产生的测量新技术，从其原理与应用角度看其应属于摄影测量学科的一个分支，是航空摄影测量技术的进一步拓展。

1、航天摄影测量的基本原理

航天摄影测量是航空摄影测量技术在空间摄影条件下的进一步应用，由于其成像原理与航空摄影有着本质的区别，因此，在技术上同样有着与其相区别的处理方法。但就其原理讲与航空摄影测量没有本质的区别，同样是利用立体影象进行立体模型的恢复与建立，从而测绘出一定比例尺的地形图。目前基于技术的发展和相关学科的技术现状,模型的建立是基于有理多项式 () RPC Rational Polynomial Coefficient 进行的。具体如下所述：有理多项式影像模型用两组不同的多项式函数分别计算从地面坐标( 经度, 纬度, 高程) 到影像的行列坐标，具体的数学表达式如下：

1 , , / 1 , ,

2 , ()()()()

, / 2 , , Row P Xn Yn Zn Q Xn Yn Zn Col P Xn Yn Zn Q Xn Yn Zn == 其中：Row 、Col 是影像坐标，, , Xn Yn Zn 是地面坐标， 1, 2,...,20n = ，因此要完成以上三次多项式计算需要420⨯个参数，Spacing Jmaging 公司提供的IKONOS 立体像 对的RPC 参数，如下所示：

LINE OFF 影像坐标的行偏移

SAMP OFF 影像坐标的列偏移

LAT OFF 纬度偏移

LONG OFF 经度偏移

HEIGHT OFF 高程偏移

LINE SCALE 影像坐标的行缩放比例

SAMP SCALE 影像坐标的列缩放比例

LAT SCALE 纬度缩放比例

LONG SCALE 经度缩放比例

HEIGHT SCALE 高程缩放比例

1 20LINE NUM COEFF to 有关行变换的第一组参数( 1- 20)

1 20LINE DEN COEFF to 有关行变换的第二组参数( 1- 20)

1 20SAMP NUM COEFF to 有关列变换的第一组参数( 1- 20)

1 20SAMP DEN COEFF to 有关行变换的第二组参数( 1- 20)

假设物方的点84WGS 和83NAD 坐标系的经纬度及高程() , , Latitude Longitude Height ，其中(), Latitude Longitude 以度为单位，Height 以米为单位。

首先利用下式进行规格化, 得到规格化坐标(,,)P L H ：

()()() / / /P Latitude LAT OFF LAT SCALE

L Longitude LONG OFF LONG SCALE H Height HEIGHT OFF HEIGHT SCALE

=-=-=-

由规格化坐标() ,, P L H ，并按有理多项式和 Space Image 提供的RPC 参数, 可计算比例化的坐标() , X Y 。

最后, 可以根据求的() , X Y 和下式得到影像坐标系中的坐标() , Rown Colu ： . . Cow X SAMP SCALE SAMP OFF Row Y LINE SCALE LINE OFF =+=+⎧⎨⎩

，其中:Row 影像中的行，以象素为单位并以第一行的中心为零值。Column 影像中的列，以象素为单位并以最左边的象素中心为零值。

2、航天摄影测量的特点

航天摄影测量与传统的测量技术如大小平板、航空摄影测量、全野外数字采集等相比，除了具备成图周期短、劳动强度低外，还具有其独生气勃勃的优势，主要体现在如下方面：

2.1 不受地区和国界的限制

这是卫星影象所独有的优势，航空摄影不仅要受到飞机性能和机场位置的限制，在边境和一些领空管制的地区还要受到领空的制约，造成航空摄影对高山地区、沙漠及无机场地区的作业极其困难，甚至无法作业，以至个别地区至今还存在着航摄盲区。而卫星饶地球飞行就没有国界、领空的局限，更不受机场设置的捆扰，这就给解决我国西部无图区的测绘提供了技术保障，让摄影不在有盲区，并有望结束西部高山地区无图的历史。

2.2 获取资料迅速, 为快速成图和地图更新开避了一条崭新的途径

由于现有地图资料，特别是小比例尺的地图有相当一部分比较陈旧，急需更新，而航天摄影测量与其他测量手段相比有着独特优势，因为航天器一旦进入轨道便可对地面进行连续摄影, 对及时获取影象资料，快速成图提供了根本保障。

2.3 有降低测绘成本的空间

航天摄影资料广泛应用于资源调查、环境保护、产量估算等方面所产生的经济效益已令人注目，如今利用卫星资料测制和更新地形的工作已开始进入实施阶段，伴随着更多资源卫星的发射，资料费用将会有更大的下调空间，从而测绘地图的成本必将随之减少。

3、航天摄影测量的应用前景

测量技术伴随着社会的前进而发展，同时又不断地服务于国民经济的各个领域。实际上某个地区经济要发展，城市要建设，测绘必须先行，因此，人们早已把测量工作看作经济发展的晴雨表。几十年的风雨历程，测绘已在国民经济的建设和发展过程中起到了令世人瞩目的作用。特别是近几年，由于数字地球建设步伐的进一步加快，更使得测绘有了用武之地。

航天摄影测量是近年随着相关科学如计算机、影像处理和全球定位技术的发展而产生的一门新技术。由于其科技含量高、应用区域广，从其产生就引起了相关领域的广泛关注，特别是其所独有应用优势，决定了其在今后测绘的应用前景。

航天摄影测量过去由于相关科学的发展滞后,特别是卫星成像的分辨率较低等，因此，很长一段时期航天摄影测量在测绘领域没有太大作为，也没有到人们的青睐与关注。直到90年代末期，美国成功发射了高分辨率的商用卫星() IKONOS 后，卫星影象分辨率高达1米，