IKONOS卫星立体像对几何模型解算及三维定位精度分析

论文摘要

近几年来,高分辨率卫星可见光遥感在技术上有了很大提高,航天摄影测量逐步摆脱仅停留在中小比例尺地形图测绘的局面,成为较大比例尺地形图测绘的可选方法之一。随着IKONOS商业卫星的发射成功,高分辨率遥感卫星影像受到众多国家学术界及商业界的广泛关注。然而,IKONOS卫星属CCD扫描成像,飞行高度大、成像光束窄,因而其传感器方位元素之间存在非常强的相关性,致使方位元素的解算变得极为困难;而且,商家出于技术保密,一般不会向用户提供传感器的方位元素信息,因此,一种独立于传感器的通用模型——有理函数模型(Rational Function Model,简称RFM)应运而生。本文针对高分辨率卫星立体定位处理技术,重点研究了IKONOS卫星的传感器几何模型——有理函数模型,并实验探讨模型确定及三维重建的方法。具体来说,论文完成了如下研究内容并得到相关结论:1、论文研究了IKONOS卫星的成像机理及各种典型传感器模型,并着重研究了IKONOS的传感器模型;2、探讨了有理函数模型中有理多项式系数(RPC)参数确定的两种方法:独立于地形(Terrain independent)与基于地形(Terrain dependent)的解算方法,以及基于这两种方法解算出的RPC系数进行三维重建过程。3、独立于地形方案是没有地面控制信息的加入,基于严密模型计算模型系数。由于传感器模型参数无法获知,论文主要就有理模型的不同阶数从像方进行比较分析。研究表明一阶模型精度较差,二阶模型精度有较大提高,三阶模型精度和二阶保持在一个水平,因此有理函数模型主要作用在二阶模型上。4、基于地形方案由于解算精度与地形严格相关,因此制定不同的地面控制点(GCP)布设方案,在考察解算RPC精度的同时,考察GCP的布设对RPC的影响。实验结果显示,RPC的精度因GCP的布设不同而有较大差异,在影像四个角点布设控制点定位精度最高。5、基于IKONOS立体像对进行三维重建分析及精度评定。研究结果表明,商家RPC的测绘精度,在无控制点信息加入的情况下可达到:X、Y、Z方向中误差分别为1.199m、0.866m、0.842m。达到IKONOS的1m标称精度。基于地形解算RPC精度为X:0.456m,Y:1.232m,Z:1.130m。因此,在未知传感器模型参数或无法获取商家RPC时,可用此方法解算。此外,提取出的DTM城区精度明显高于山区精度,这可归因为山区地形特征点少,影像匹配困难,从而导致精度降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 高分辨率遥感卫星技术的发展及应用
• 1.3 国内外现状
• 1.4 问题的提出及论文组织
• 第2章 IKONOS卫星影像数据特征
• 2.1 引言
• 2.2 IKONOS卫星基本参数介绍
• 2.2.1 传感器
• 2.2.2 卫星星历与姿态量测
• 2.2.3 影像成像模式
• 2.2.4 影像的分辨率
• 2.3 IKONOS影像产品信息及特点
• 第3章 IKONOS传感器几何模型
• 3.1 IKONOS卫星方位元素
• 3.2 严密物理模型与通用模型对比
• 3.3 传感器几何模型
• 3.3.1 基于共线方程的严密传感器模型
• 3.3.2 仿射变换模型
• 3.3.3 直接线性变换（DLT）模型
• 3.3.4 多项式变换模型
• 3.3.5 有理函数模型（RFM）
• 3.4 小结
• 第4章 有理函数模型参数确定方法
• 4.1 基于IKONOS影像的有理函数模型
• 4.2 有理函数系数（RPC）的解算
• 4.2.1 独立于地形的RPC解算
• 4.2.2 地形相关的RPC解算
• 4.3 实验分析
• 4.3.1 实验数据
• 4.3.2 独立于地形方案RPC精度
• 4.3.3 地形相关方案求解RPC及其精度
• 4.4 小结
• 第5章 IKONOS立体像对三维重建及其精度分析
• 5.1 基于RFM的空间交会过程
• 5.2 三维重建实验及精度分析
• 5.2.1 独立于地形方案
• 5.2.2 基于地形解算RPC精度分析
• 5.3 城区与林区精度比较
• 5.4 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文