無(wú)地面控制點(diǎn)衛(wèi)星攝影測(cè)量

無(wú)地面控制點(diǎn)衛(wèi)星攝影測(cè)量第一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

1.引言2.無(wú)地面控制點(diǎn)衛(wèi)星攝影測(cè)量的特點(diǎn)

3.衛(wèi)星在軌位置及姿態(tài)測(cè)量

4.無(wú)地面控制點(diǎn)衛(wèi)星攝影測(cè)量發(fā)展現(xiàn)狀5.無(wú)地面控制點(diǎn)衛(wèi)星攝影測(cè)量發(fā)展趨勢(shì)內(nèi)容第二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日1.引言衛(wèi)星攝影測(cè)量：利用各種衛(wèi)星進(jìn)行的攝影測(cè)量。利用裝載在衛(wèi)星上的各種傳感器從宇宙空間對(duì)地球環(huán)境進(jìn)行攝影，以取得大量有研究?jī)r(jià)值的地球照片和資料，根據(jù)獲取的圖像和信息進(jìn)行分析、判讀和幾何處理，繪成地圖或提供地球資源、地球環(huán)境保護(hù)和軍事情報(bào)等方面的信息。第三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日1.引言第四頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日1.引言“它可以到你無(wú)法到達(dá)的地區(qū)，飛機(jī)飛不過(guò)去，人到不了那個(gè)地方去，那我航天遙感就可以”?！耙唤M照片拍攝的面積就可以達(dá)到幾千甚至上萬(wàn)平方公里”。“將拍攝到的影像處理成帶有精確坐標(biāo)的信息，從而制作出高清晰的數(shù)字影像地圖”。第五頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日2.無(wú)地面控制點(diǎn)衛(wèi)星攝影測(cè)量的特點(diǎn)2.1不受地形和國(guó)界的限制2.2獲取影像資料迅速2.3有效降低測(cè)繪成本第六頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日2.1不受地形和國(guó)界的限制截至2006年，我國(guó)西部還有200萬(wàn)平方公里的國(guó)土，范圍北緯26°50′～49°10′,東經(jīng)74°30′～104°30′,約5000幅1:50000地形圖，由于氣候、環(huán)境、交通等條件和以往測(cè)繪技術(shù)裝備水平的限制，還沒(méi)有1:50000地形圖。國(guó)家西部空白區(qū)測(cè)圖工程必須跨越傳統(tǒng)測(cè)繪作業(yè)模式，采用航空航天遙感新技術(shù)--DGPS／IMU輔助航空攝影、航空數(shù)碼影像和高分辨率衛(wèi)星測(cè)圖技術(shù)、雷達(dá)影像測(cè)圖技術(shù)等，設(shè)計(jì)和采用稀少或無(wú)地面控制測(cè)圖方案，才能實(shí)現(xiàn)西部1：5萬(wàn)無(wú)圖區(qū)的測(cè)繪。第七頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日2.1不受地形和國(guó)界的限制可以標(biāo)定武器航跡和發(fā)射與目標(biāo)點(diǎn)的地理信息，可以采集區(qū)域大面積的既定面積的數(shù)字地球地理信息，全面準(zhǔn)確掌握的全球核心地理信息，為應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的全球測(cè)繪更是提供了最好的技術(shù)保障。我國(guó)與周邊國(guó)家領(lǐng)土爭(zhēng)端問(wèn)題尚未完全解決，獲得實(shí)際控制區(qū)范圍以外的有爭(zhēng)議領(lǐng)土上的重要目標(biāo)位置信息及其它地理信息，對(duì)于我國(guó)邊境安全有著重要意義。美國(guó)白宮美國(guó)福克海軍基地美國(guó)漢福德核工廠(chǎng)BGM“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈第八頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日2.2獲取影像資料迅速GeoEye公司于2008年發(fā)射的GeoEye-1衛(wèi)星最高分辨率為0.41米，具備日拍攝70萬(wàn)平方公里影像的能力，一天就可以獲取相當(dāng)于青海省面積的高分辨率影像。DigtalGlobe公司于2009年發(fā)射的WorldView-2衛(wèi)星每天可以采集一百萬(wàn)平方公里的數(shù)據(jù)，并能在1.1天內(nèi)二次訪(fǎng)問(wèn)同一地點(diǎn)。由WorldView衛(wèi)星組成的集群則可以保證每天近二百萬(wàn)平方公里的數(shù)據(jù)采集量，實(shí)現(xiàn)在一天之內(nèi)二次訪(fǎng)問(wèn)同一地點(diǎn)。GeoEye-1WorldView-2第九頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日2.3有效降低測(cè)繪成本在我國(guó)西部地區(qū)，利用IKONOS產(chǎn)品制圖的費(fèi)用為460元/km2，是航空攝影費(fèi)用的1.55倍?？紤]到西部地區(qū)地形條件、氣候條件、交通條件較差，IKONOS產(chǎn)品的費(fèi)用雖然比航空攝影費(fèi)貴，但是外業(yè)的費(fèi)用極大降低，應(yīng)用IKONOS影像產(chǎn)品更加合算。IKONOS衛(wèi)星第十頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日3.衛(wèi)星在軌位置及姿態(tài)測(cè)量3.1在軌位置測(cè)量3.2在軌姿態(tài)測(cè)量第十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日3.1在軌位置測(cè)量衛(wèi)星激光測(cè)距：不僅能精確解算衛(wèi)星至地面星下點(diǎn)的軌道點(diǎn)高度，而且能改善攝影測(cè)量網(wǎng)的比例尺控制精度，從而精確地計(jì)算出地形的起伏形狀，提高衛(wèi)星攝影測(cè)量的定位精度。多普勒：利用人造衛(wèi)星發(fā)射的固有頻率和地面站接收頻率的“多普勒頻移效應(yīng)”來(lái)進(jìn)行人造衛(wèi)星定軌和地面點(diǎn)定位的一種方法。根據(jù)地面站接收到的人造衛(wèi)星頻率和人造衛(wèi)星發(fā)射的固有頻率的差值就能求出人造衛(wèi)星的軌道要素。星載GPS：ALOS衛(wèi)星采用星載雙頻GPS進(jìn)行定位，攝站坐標(biāo)實(shí)時(shí)精度可達(dá)到1米。組合方式:DORIS，星基多普勒軌道確定與無(wú)線(xiàn)電定位組合確定，以對(duì)衛(wèi)星精密定軌以及地面精確定位。第十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日3.1在軌位置測(cè)量DORIS系統(tǒng)由星載設(shè)備、固定定軌信標(biāo)機(jī)組成的網(wǎng)、主信標(biāo)機(jī)以及定軌信標(biāo)機(jī)組成，可以對(duì)衛(wèi)星精密定軌以及地面精確定位。法國(guó)利用在全球30多個(gè)國(guó)家設(shè)立的60多個(gè)（截至2007年）地面信標(biāo)站向星載DORIS接收機(jī)發(fā)出的信號(hào)，通過(guò)測(cè)定多普勒頻移，測(cè)算SPOT5衛(wèi)星的軌道實(shí)時(shí)精度可達(dá)到1米。DORIS系統(tǒng)第十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日3.2在軌姿態(tài)測(cè)量紅外姿態(tài)測(cè)量?jī)x：利用地球與太空溫差達(dá)287K這一特點(diǎn)，以一定的角頻率，周期地對(duì)太空和地球作圓錐掃描，根據(jù)熱輻射能的相位變化來(lái)測(cè)定姿態(tài)角。如LANDSAT。星相機(jī)：將恒星攝影機(jī)與對(duì)地?cái)z影機(jī)組裝在一起，兩者的光軸交角在90~150之間的某一個(gè)角度，根據(jù)恒星星歷表、攝影機(jī)標(biāo)稱(chēng)光軸指向數(shù)據(jù)解算姿態(tài)角，美國(guó)在A(yíng)pollo上使用的恒星攝影機(jī)測(cè)定姿態(tài)精度達(dá)5″。陀螺儀：陀螺儀的原理就是，一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的，是一種能夠精確地確定運(yùn)動(dòng)物體的方位的儀器。GPS：使用GPS的方法也能測(cè)定姿態(tài)，它是將3臺(tái)GPS接收機(jī)裝載攝影機(jī)組上，同時(shí)接受4顆以上的GPS衛(wèi)星信號(hào)，反算出每臺(tái)接收機(jī)的三維坐標(biāo)，進(jìn)而解算出攝影機(jī)的3個(gè)姿態(tài)角。組合姿態(tài)測(cè)量：利用陀螺儀、星相機(jī)來(lái)聯(lián)合測(cè)姿，如日本ALOS衛(wèi)星。第十四頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日3.2在軌姿態(tài)測(cè)量日本ALOS衛(wèi)星采用三臺(tái)高精度的星敏感器結(jié)合慣性陀螺和附加的高精度角度偏移測(cè)量傳感器ADS，通過(guò)聯(lián)合姿態(tài)確定算法。依靠星敏感器測(cè)姿值和高精度角度偏移測(cè)量傳感器ADS的觀(guān)測(cè)值聯(lián)合計(jì)算，使衛(wèi)星的姿態(tài)確定精度達(dá)到了在軌處理為1.08″，地面事后處理為0.5″的水平。ALOS衛(wèi)星第十五頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日4.無(wú)地面控制點(diǎn)衛(wèi)星攝影測(cè)量的發(fā)展現(xiàn)狀4.1框幅式傳感器影像無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量4.2光學(xué)掃描式傳感器影像無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量4.3光學(xué)線(xiàn)面式傳感器影像無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量4.4雷傳感器影像無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量第十六頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日4.1框幅式傳感器影像無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量框幅式相機(jī)系靜態(tài)攝影，影像幾何保真度好。采用增大航向像幅的相機(jī)，基高比得到改善，在無(wú)地面控制點(diǎn)條件下，可以滿(mǎn)足1:5萬(wàn)地形圖要求。各國(guó)返回式攝影測(cè)量衛(wèi)星傳感器系統(tǒng)的參數(shù)第十七頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日4.2光學(xué)掃描式傳感器影像的無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量大框幅相機(jī)攝影的相片一般是膠片式的，無(wú)法利用數(shù)字格式進(jìn)行傳輸，且膠片的長(zhǎng)度有限，總信息量不足，而且需回收后才能取得膠片。因此難以滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的需要，還要冒回收的風(fēng)險(xiǎn)，且費(fèi)用昂貴。隨著電子和遙感技術(shù)的快速發(fā)展，利用CCD傳感器獲取遙感影像的衛(wèi)星越來(lái)越多。CCD相機(jī)可以進(jìn)行對(duì)地立體觀(guān)測(cè)，它是目前對(duì)地觀(guān)測(cè)十分有效的傳感器。國(guó)內(nèi)外在利用掃描式傳感器獲取的影像進(jìn)行無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量研究領(lǐng)域，主要集中在SPOT5、QuickBird、IKNOS、ALOS等幾個(gè)構(gòu)像幾何關(guān)系嚴(yán)密且影像分辨率高的衛(wèi)星上。第十八頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日4.2光學(xué)掃描式傳感器影像的無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量法國(guó)的SPOT衛(wèi)星由于采用了具有特色的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)，其特點(diǎn)是有斜向掃描，能立體成像。SPOT5衛(wèi)星影像在民用市場(chǎng)應(yīng)用極為廣泛，目前法國(guó)正在計(jì)劃發(fā)展SPOT6衛(wèi)星。SPOT5衛(wèi)星第十九頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日4.2光學(xué)掃描式傳感器影像的無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量一是基于星歷和姿態(tài)數(shù)據(jù)無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量。利用SPOT5衛(wèi)星提供的DimapMetadata文件中的星歷數(shù)據(jù)及姿態(tài)數(shù)據(jù)，分別經(jīng)過(guò)拉格朗日和線(xiàn)性?xún)?nèi)插獲得任意時(shí)刻的衛(wèi)星位置和姿態(tài)，利用類(lèi)似于空間前方交會(huì)的解算地面坐標(biāo)。研究表明利用這種方法進(jìn)行無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量，平面精度達(dá)50米，高程精度可達(dá)40米。二是利用有理函數(shù)模型（RFM）來(lái)對(duì)推算地面點(diǎn)坐標(biāo)，采用“與地形無(wú)關(guān)”的方案。通過(guò)星歷數(shù)據(jù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算出外方位元素之后，則利用外方位元素和嚴(yán)格幾何模型生成“虛擬”的三維物方格網(wǎng)，并將這些密集、均勻的格網(wǎng)點(diǎn)作為“虛擬”的地面控制點(diǎn)，用以解算有理函數(shù)模型系數(shù)，這些格網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)可以利用嚴(yán)格傳感器模型計(jì)算得到，而不需要實(shí)際的地形信息，因此這種解算方案與實(shí)際的地形無(wú)關(guān)。三是利用同一軌道上某一時(shí)刻精確己知的衛(wèi)星系統(tǒng)參數(shù)的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行外推，可以在一定范圍內(nèi)消除系統(tǒng)誤差，提高定位精度。研究表明通過(guò)加入一個(gè)控制點(diǎn)系統(tǒng)誤差得到了一定的消除，定位精度有了很大的提高，平面精度提高到十幾米，高程精度提高到米級(jí)。第二十頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日4.2光學(xué)掃描式傳感器影像的無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量日本的ALOS衛(wèi)星采用的傳感器是三線(xiàn)陣CCD相機(jī),但立體測(cè)繪只有前、后視影像,正視影像僅用于作正射影像。由于衛(wèi)星在軌位置以及姿態(tài)測(cè)量技術(shù)先進(jìn)，可以在無(wú)地面控制點(diǎn)條件下測(cè)繪1∶2.5萬(wàn)比例尺,等高距為10m的地形圖,它是當(dāng)前商業(yè)衛(wèi)星中進(jìn)行無(wú)控制點(diǎn)立體測(cè)圖能力最強(qiáng)的衛(wèi)星。巢湖2.5米全色和10米多光譜融合圖ALOS三線(xiàn)陣測(cè)圖第二十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日4.3光學(xué)線(xiàn)面式傳感器影像的無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量西安測(cè)繪研究所王任享院士提出了LMCCD相機(jī)(線(xiàn)陣—面陣CCD組合相機(jī))的概念和實(shí)現(xiàn)的基本條件，即三線(xiàn)陣加四個(gè)CCD小面陣混合配置的LMCCD攝影機(jī)思想。將星測(cè)外方位元素參與平差后，在經(jīng)過(guò)影像數(shù)字模擬測(cè)試后發(fā)現(xiàn)在無(wú)地面控制點(diǎn)的衛(wèi)星攝影測(cè)量方面優(yōu)于單純的三線(xiàn)陣CCD相機(jī)。裝載有該相機(jī)的衛(wèi)星“天繪一號(hào)”于2010年8月24日發(fā)射，標(biāo)志著我國(guó)全球測(cè)繪能力有了新的躍升。第二十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日4.4雷傳感器影像的無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量2000年，搭載在美國(guó)航天飛機(jī)“奮進(jìn)”號(hào)上的SRTM系統(tǒng)共計(jì)進(jìn)行了222小時(shí)23分鐘的數(shù)據(jù)采集工作，獲取北緯60度至南緯56度之間，面積超過(guò)1.19億平方公里的雷達(dá)影像數(shù)據(jù)，覆蓋全球陸地表面的80%以上，確定地面點(diǎn)位置精度20m，高程絕對(duì)精度16m，制成了分辨率達(dá)30m的數(shù)字地形高程模。SRTM系統(tǒng)SRTM90米分辨率數(shù)據(jù)制作的中國(guó)全圖第二十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日4.4雷傳感器影像的無(wú)控制點(diǎn)攝影測(cè)量加拿大于2007年9月發(fā)射的Radarsat-2，技術(shù)更為先進(jìn)。Radarsat-2具有3米高分辨率成像能力，多種極化方式使用戶(hù)選擇更為靈活，根據(jù)指令進(jìn)行左右視切換獲取圖像縮短了衛(wèi)星的重訪(fǎng)周期，增加了立體數(shù)據(jù)