高分辨率遥感数据精确处理与应用

d2
Y
YS
mRT
RGF
RFB RBS
(
x2
tx2)
p
Z WGS84 ZS WGS84
f
X
XS
d3
Y
YS
mRT
RGF
RFB RBS
(x3
tx3)
p
Z WGS 84 ZS WGS 84
f
虚拟CCD几何模型
X
XS
xc
Y
YS
mRT
RGF
RFB RBS
3832
5983
19
6599
9798
2012-9-17 2013-3-18
412914
11
667719
3
合计
165
4、大区域无控制卫星影像区域网平差方法 22
平差前区域网各景影像精度情况，无控制定位精度在10-15 米，没有明显系统性。
701545
11
13
4206
6461
2012-10-11
445124
9
14
999092
781
2012-1-15
47032
7
Βιβλιοθήκη Baidu
15
3452
5442
2012-8-23
375510
11
16
7124
10545
2013-4-21
719410
7
17
3984
6198
2012-9-27
427422
8
1000个外业GPS实测高精度检查点 18
PAN1
PAN2
PAN
标准影像产品（1米，45公里，是IKONOS的4倍）
载荷
校正前
PAN1 PAN2
校测正绘遥后感信息工程国家重点实验P室AN
定向后模型残差
X（像素）
Y（像素）
0.641
0.782
0.653
0.782
0.798
0.875
4、大区域无控制卫星影像区域网平差方法
16
资源三号单景（模型） 无控制定位精度10-15 米，通过构建大型区 域网能否进一步提高 无控制定位精度，实 现大区域无控制测图？
地面测量误差、 2ˊ 卫星发射变精度化指标需求 系统应用需求
应用2ˊ指标需求 卫星检校消除
光 学 设 计 、 卫 星 系统
0.1毫米 卫星检校消除
相机畸变 100UM
指标定量发射分变化解，卫星随机研制全过程的0精.3像细元 质量无法控消除制
测绘遥感信息工程国家重点实验室
定位误差 100米
平面25米、高程5米
yc
Z WGS 84 ZS WGS 84
f
3、光学遥感卫星高精度几何处理模型与方法 14
多CCD非同步成像传感器校正处理
物理CCD 虚拟CCD
虚拟化
原始分片非同步成像
测绘遥感信息工程国家重点实验室
标准影像产品（0.8米，24公里）
3、光学遥感卫星高精度几何处理模型与方法 15
双相机大幅宽成像传感器校正处理
（带控制） 姿 态对精度影响 定轨误差量 对精度影响测定姿误差
精
对精度影响度时间同步误差
随系对精度影响机统相机内部误差（中周期）
（无控制）精度指标
估计值 系统（长周期）
0.2m 0.6＂
地面处理达到 无法消除
0.6＂
带控制点误差
指标论证与分解
1＂
无法消除
2.67＂
区域网平差消除
3.3＂
卫星检校消除
安装
x y
XE
Rcam body
综合指向角 测绘遥感信息工程国家重点实验室 探元指向角
X I (ax0 , ax1, ax2 , ax3 , ay0 , ay1, ay2 , ay3 )
2、高分辨率遥感卫星在轨几何定标模型与方法 8
提出了基于自然地物点在轨几何定标方法与流程
测绘遥感信息工程国家重点实验室
V Ax Bt L Vx x xo Vt t t o
测绘遥感信息工程国家重点实验室
4、大区域无控制卫星影像区域网平差方法 21
覆盖山东全省的150景三线阵数据，时间从2012年2月19日至 2014年4月5日，数据量约500GB
测绘遥感信息工程国家重点实验室
山东
序号
轨道号
条带号
采集时间
物 理 模 型
x x y y f f
Rcam body
body J2000
R R J2000 wgs
X
g
X
gps
Yg Ygps
Z
g
Z gps
wgs
BX
BY
BZ
body
综 合 指 向 角
tan(
tan(
1
x
(s))
y (s))
Rcam body
与地形无关方法的虚拟控 制点格网
测绘遥感信息工程国家重点实验室
优点：基于标准影像产品实现区域网平差，方便 数据挑选、组织、并行化、通用化和工程化。 问题：每一景只改正像方仿射变换参数，物理意 义不明确，相邻景之间的交会关系复杂，每一景 都计算6个参数，容易导致过度参数化。
4、大区域无控制卫星影像区域网平差方法
Dens (P, L, H ) d1 d 2 L d 3 P d 4 H d 5 LP d 6 LH d 7 PH d 8 L2 d 9 P 2 d10 H 2 d11PLH d12 L3 d13LP 2 d14 LH 2 d15L2 P d16 P 3 d17 PH 2 d18L2 H d19 P 2 H d 20 H 3
(
pitch, roll,
yaw)
R R body J 2000 J 2000 wgs
X
g
Xg
X
g
X
gps
(t
)
Ygps (t)
Z gps
(t)
wgs
Bx By
Bz
body
模 型
x (s) ax0 ax1 s ax2 s2 ax3 s3 y (s) ay0 ay1 s ay2 s2 ay3 s3
高分辨率遥感数据精确处理 与应用
龚健雅
2016年4月
汇报提纲
一、高分辨率遥感数据的几何处理 二、高分辨率遥感数据的辐射处理 三、高分辨率遥感数据的典型应用
汇报提纲
一、高分辨率遥感数据的几何处理 二、高分辨率遥感数据的辐射处理 三、高分辨率遥感数据的典型应用
遥感几何处理的科学问题与关键技术
4
关键科学问题
卫星影像定位误差传播 机理
几何定位误差的建模与 补偿
高精度、快速影像处理 方法
测绘遥感信息工程国家重点实验室
关键技术
① 天地一体化指标设计定量化 ② 高分辨率遥感卫星在轨几何定标模型
与方法
③ 光学遥感卫星高精度几何处理模型与
方法
④ 大区域无控制卫星影像区域网平差方法
1、天地一体化指标设计定量化
5
类别
178502
9
7
4957
7488
2012-11-30
516130
9
8
2342
3942
2012-6-11
271123
8
9
2418
4086
2012-6-16
281098
7
10
4212
6475
2012-10-12
446044
6
11
4296
6574
2012-10-17
453005
6
12
6972
10297
2013-4-11
20
（2）非常规超大规模（万景以上）区域网平差模型
line a0
a1 line a2
sam
NumL (B, L, H ) DenL (B, L, H )
sam b0
b1 line b2
sam
Nums (B, L, H ) Dens (B, L, H )
➢以标准景影像产品作为平差单元，简单通用 ➢短基线、弱交会、小重叠弱连接等各种非常 规条件下的区域网平差解算 ➢构建模型拓扑结构索引表，支持非规则结构 的区域网 ➢上千万个未知数的高阶矩阵的高效求解
2、高分辨率遥感卫星在轨几何定标模型与方法 6
几何定标是高精度几何定位的基础，长焦距、窄视场角和复杂 焦面结构设计，导致内外方位参数高度相关，如何进行系统误 差的建模和补偿是关键的核心问题。
三反光学系统 测绘遥感信息工程国家重点实验室
偏视场多CCD焦面结构
2、高分辨率遥感卫星在轨几何定标模型与方法 7
测绘遥感信息工程国家重点实验室
4、大区域无控制卫星影像区域网平差方法
17
长条带严格模型VS单景通用有理多项式模型（RFM）
长条带严格模型平差：
优点：基于严格物理模型，具 有严密的理论基础； 问题：轨道高度高，构成单个 完整基线要500公里;复杂相机 结构设计无法提供长条带产品， 很难实现工程化应用；对连接 点分布以及定向片选取要求严 格。
+X +Z
40.8 mm
Y X
全色 多光谱
Z
注：X方向为 飞行方向。
A相机
全色 多光谱
B相机
TDI
方 向
A1
西
A2
A3
A4 北
B1
B2
B3
B4
东
C1
C2
C3
C4
D1
D2
D3
D4
南
单片积分时间跳变、多片异速成像、多CCD不共线，多光谱谱段 不配准，成像模型异常复杂，原始数据无法直接满足应用需要。
测绘遥感信息工程国家重点实验室
测绘遥感信息工程国家重点实验室
2、高分辨率遥感卫星在轨几何定标模型与方法 11
资源三号卫星在轨几何定标实验
资源三号 前视标定
精度
检校前 偏置矩阵检校后 内方位元素检校后
行（像素）
319.38 0.19 0.16
列（像素优）于 像面（像素）
111.320.3 像元
1.64
338.22 1.65
地面（米）
通过密集定标控制点 匹配，解决单个控制 点量测精度瓶颈问题
2、高分辨率遥感卫星在轨几何定标模型与方法 9
测绘遥遥感感信息工系程国列家重点卫实验星室 ，定标控制点残差优于0.25个像元
资源三号内定标曲线
10
NAD
FWD
BWD
沿轨道方向基本没有畸变，沿着CCD方向存在线性畸变，基本上是由于在 轨调焦引起的畸变，因此，说明了资源三号是零畸变的系统.
19
（1）非常规超大规模区域网平差数据组织
以模型为单元的动态拓扑结构进行非常规大规模区域网的自由组织,各模 型独立自由编号，无需考虑最小带宽，突破了传统的按照规则航带进行数据 组织模式，解决了超大规模区域网连接点并行高效匹配、连接点的挑点和粗 差剔除瓶颈问题。
测绘遥感信息工程国家重点实验室
4、大区域无控制卫星影像区域网平差方法
测绘遥感信息工程国家重点实验室
4、大区域无控制卫星影像区域网平差方法
18
单景通用有理多项式模型（RFM）平差
Y Num L (P, L, H ) Den L (P, L, H )
X Num s (P, L, H ) Den s (P, L, H )
Num L (P, L, H ) a1 a2 L a3 P a4 H a5 LP a6 LH a7 PH a8 L2 a9 P 2 a10 H 2 a11PLH a12 L3 a13LP 2 a14 LH 2 a15 L2 P a16 P 3 a17 PH 2 a18 L2 H a19 P 2 H a20 H 3
终止景ID
景数
1
7200
10654
2013-4-26
727229
10
2
4501
6858
2012-10-31
473030
10
3
5331
7981
2012-12-24
549604
11
4
244
1065
2012-1-25
67045
11
5
7504
11058
2013-5-16
754227
11
6
1369
2615
2012-4-8
3、光学遥感卫星高精度几何处理模型与方法 13
虚拟CCD几何模型构建
虚拟 CCD
三片 CCD TDI
AB
测绘遥感信息工程国家重点实验室
单片单波段CCD几何模型
X
XS
d1
Y
YS
mRT
RGF
RFB RBS
( x1
tx1)
p
Z WGS 84 ZS WGS 84
f
X
XS
DenL (P, L, H ) b1 b2 L b3 P b4 H b5 LP b6 LH b7 PH b8 L2 b9 P 2 b10 H 2 b11PLH b12 L3 b13LP 2 b14 LH 2 b15 L2 P b16 P 3 b17 PH 2 b18 L2 H b19 P 2 H b20 H 3
卫星设
计 卫星观测 相机设计
条件
参数
误差 误差源分析
应用系统设计指标
姿轨设计 时间系统
卫星指标设计
参数
设计参数
误差源性质
大小
解决方法
轨道 姿态
10米
分析影响指标 的关键因素
9.9＂
双频定轨
随机
指标论证与分解：遥感影像几何定位精度分
姿态稳定度 析模型 随机
姿
光态学卫像量星模严型测密成 精
度误差传播定律 随机
Nums (P, L, H ) c1 c2 L c3 P c4 H c5 LP c6 LH c7 PH c8 L2 c9 P 2 c10 H 2 c11PLH c12 L3 c13LP 2 c14 LH 2 c15 L2 P c16 P 3 c17 PH 2 c18 L2 H c19 P 2 H c20 H 3
1183.79 5.79
0.17
0.24
0.85
测绘遥感信息工程国家重点实验室
3、光学遥感卫星高精度几何处理模型与方法 12
大视场高分辨成像是我国测绘遥感卫星成像主要特色，同时， 给地面数据处理带来了新的挑战。
CCD1
CCD3
CCD5
CCD7
CCD9
CCD2
+Y CCD4
O CCD6
CCD8
CCD10