航测成图与卫星影像测图的比较分析

航测成图与卫星影像测图的比较分析

杜鹃

辽宁百特测绘地理信息有限公司辽宁沈阳110034

摘要：近年来，高分辨率卫星影像在测绘生产中具有了较大的应用潜力，打破了过去测图单纯依赖航测的局面，并给航测成图带来很大的挑战。本文从航测成图与卫星影像测图的发展现状出发，对两者的成像原理、立体像对的获取方式、测图原理以及实际测图应用等方面就进行了比较，说明了两者结合起来应用的必要性。

关键词：航测成图；卫星影像；测图；分辨率

引言：近年来相继投入使用的一系列高分辨率遥感卫星，如SPOT-5、IKONOS-2、OrbView-3，，都具备了立体成像能力，并逐步用于测绘生产。预计不久的未来，随着空间技术的不断进步，商业上还会出现更高空间分辨率、更高光谱、更多时相的卫星影像。那么，在将来的测图应用中，航空影像是否能被高分辨率的卫星影像所淘汰呢？为了回答这个问题，我们从这两者的发展现状入手，着重在测图原理及应用利弊的分析上对两者进行比较。

正文：

一、发展现状

1、航测成图现状

长期以来，在基础测绘领域，航测成图是进行国家基本比例尺地图生产和更新的主要手段。近年来，随着信息技术的发展，航测成图融入了许多新的技术，例如航空数码相机机载GPSINS和LIDAR等，使它有了长足的发展。这些新技术在一定程度上改变了传统的作业模式，提高了工作效率，降低了生产成本。主要表现为：

第一，借助于航空数码相机，测绘工作者不仅可以直接获取数字影像，而且能得到实时的影像资料。利用它来拍摄航空影像，既可以保证摄影质量，还可以降低生产成本，缩短成图的周期，增强地图的现势性。

第二，在航测成图应用GPSMU技术，可以极大地减少对野外实测地面控制点的需求，实现在没有或仅有极少地面控制点区域的航片定向和测图，提高作业效率，降低测图成本。

第三，LIDAR、GPS、惯导技术、数码相机、多光谱相机等于航测技术集成，不但可以弥补传统航测由于受地形条件的限制而无法施测的缺陷，而且还能减少恶劣天气对测图的影响。另外由于激光穿透能力强，获得的地标信息比传统的航测法相对更精确。例如，在森林覆盖区，机载LIDAR技术可以穿透植被，获取地表的高程信息，测量植被高度的精准度能达到5—15cm。

2、卫星影像测图现状

1972年，美国发射了世界上第一颗对地观测卫星—Landsat-1，其空间分辨率为80m。由于地面分辨率不高，所以该卫星影像主要用于对所拍摄地物进行分类，而不能用于测制地形图。至1986年，法国SPOT卫星的成功发射为卫星影像在测绘中的应用带来重大影响。这颗卫星的传感器具有10m的地面分辨率，并能通过侧视观测在相邻的轨道间构成异轨立体，其良好的基高比是SPOT影像适用于立体测图。随后，一系列中分辨率遥感卫星如IRS、MOMS等相继投入使用。这些卫星影像主要用于绘制大范围、小比例尺的地形图。而仍不能用于绘制大比例尺的（1：100001：25001：1250）地形图。20世纪90年代末至21世纪初，高分辨率遥感卫星IKONOS、OrbView-3的出现，开创了卫星影像的测图的新纪元。IKONOS和Orb-View-3的影像空间分辨率均达到了1m，可以绘制1：10000的地形图。目前，分辨率高达0.5m的卫星WorldView-1、WorldView-2和OrbView-5正在研制中。一旦这些卫星投入使用，将会进一步推动卫星影像测图的发展。随着空间分辨率的不断提高，立体成像能力的逐渐增强，影像的获取价格也将呈现出下降的趋势。那时，卫星影像测图将会得到越来越多的用户认可。高分辨率卫星影像在地形图测绘中的应用也会越来越广泛，并将成为地理信息更新和地形图绘制的重要数据源。

二、测图原理

无论是航空影像还是卫星影像，利用他们进行立体测图，都是根据立体像对重建被摄物体的表面，即建立按比例缩小的地面几何模型，并通过对模型进行量测，绘制出符合规定比例尺的地形图。虽然如此，但由于两种影像的集合成像模型不同导致了两者测图原理的不一致。

1、航测成图

航空影像是将航空飞机作为摄影平台（航高一般为中、空），利用航摄仪（包括光学航摄仪和数字航摄仪）来进行拍摄的。它属于框幅式影像，且符合中心投影的几何特性。此特性使得除了单张相片的地面点、投影中心以及像点之间满足共线方程之外，立体像对于被摄地面之间夜里存在一定的几何关系，即立体像对上的同名像点所对应的两条核线一一对应，而这两条核线在空间的交点就是所求的地面线，这样，共线方程就构成了航测成图的数学基础，核线约束则成为航测成图的重要约束条件。通过立体相对中两张相片的内、外方位元素就可以求解地面点的三维坐标。首先，对单张像片进行解析，即由航摄相机参数提供的像片内方位元素和解析得到的外方位元素，确定航摄物镜与相片之间的相关位置，恢复摄影时的摄影光束，以及确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态。然后，根据光学成像原理，利用航空成像对的内在几何关系，进行相对定向，建立与地面相似的立体模型。之后，借助于像片的控制测量，确定立体模型的绝对定向元素，把摄影测量坐标转换到地面测量坐标系，从而建立所需比例尺的立体模型。最后，对立体模型进行高程点测量和地物、地貌的测绘，这样就可以得到满足需求的地形图。

2、卫星影像成图

与航空影像不同，高分辨率遥感卫星大多采用线阵列CCD传感器，按照推帚视扫描成像。CCD传感器可以在沿轨方向上通过前视和后视获取同轨立体像对，而在穿轨方向上衣一定角度左右侧视获取像对。由于卫星影像属于推帚式扫描影像，故与框幅式中心投影影像的本质区别就在于它的每条扫描线都有一个投影中心，即具有“行中心投影”的特点。也就是说，在卫星飞行方向上为近似平行投影，而在扫描行房向上为严格行中心投影，且每行影像均有其自身的投影中心和外方位元素。因此它的几何关系比航空影像要复杂的多，于是传统的基于共线方程的数学模型和核线模型不能再对卫星影像测图进行简单的描述。然而，对卫星影像来说，扫描行方向共线方程依然成立，所以仍然可以利用基于共线方程的传感器模型来推导卫星影像的核线关系。

三、两者的利弊解析

由于这两种的测图原理不一样，故而两者在实际应用中表现出了各自的优缺性。获取航空影像时，由于航摄高度较低，只是航片质量受大气和地形影响较为严重。因此在进行航摄之前，必须对测区气候、天气、地形等情况进行调查，合理安排航摄时间航高和航线，这就使得获取数据的现势性较差，并在获得程度上阻碍了地形图的更新。而且，航测覆盖范围较小，绘制较大区域的地形图所需航片数量较多，进而带来繁琐复杂的像片处理工作而遥感卫星按照轨道周期运行，可在较短时间内对同一地区进行多次重复观测，并记录一定范围内地表的瞬时情况，故而能够增强数据的现势性，加快地形图的更新速度。

然而，尽管高分辨率卫星影像图具备以上的优点，但到现在为止，其测图比例尺和灵活性却赶不上航测成图。其中，影像成图比例尺的因素包括立体影像的基高比、影像分辨率、影像上地物的实际可识别率等。

结束语

通过对这两种方法的比较，我们知道在目前的应用阶段。高分辨率卫星影像可以代替航空影像来完成中、小比例尺地形图的生产，但大比例尺地形图仍将主要依靠航测手段实现。在者，由于卫星影像立体测图的许多理论和技术还不太成熟，对传感器成像模型、卫星系统以及卫星影像处理方面还有待进行深入的探究。加之航测自身的优势使这项技术还有一定的应用价值。鉴于两者各自的优势和局限，在实际测图应用中可以将两者结合起来使用，从而弥补彼此的不足，节约作业成本，提高工作效率。

参考文献

[1]王伟娜，葛莹，李心玉，张淑辉.航测成图与卫星影像测图的比较分析[J].测绘科学，2008（05）：65-66+72.