1.引言
20世纪人类最伟大的创举之一是开拓了进入空间活动的新领域，人们不仅摆脱了地球引力场的束缚，冲破了大气层的阻拦，翱翔于广阔的太空之间，而且更为重要、更具现实意义的是充分利用了它给人们带来的崭新环境和无尽资源，成为推动人类社会发展的强大动力。遥感技术的不断发展，使得借助飞机对地面进行可见光摄影并以航空影像为基础完成地形测绘成为可能，航空摄影测量学应运而生，这是测绘科学发展的一次伟大革命，但由于受飞机性能、地区和国界的限制及实时性的要求，传统的航空摄影测量越来越不能满足经济发展和国防建设的需要。相比之下，高分辨遥感卫星在保证影像分辨率和地理精度的同时，由于获取资料迅速、成本相对较低、不受区域限制等优点，具有巨大的应用潜力和应用需求，特别是其获取境外军事目标信息的能力在军事测绘工作中显得尤为重要，并逐渐成为当前人们研究和探讨的热门方向。但目前我国实际利用的高分辨率遥感影像进行基础地理空间数据生产的实例还不多，高分辨率遥感影像在工程应用测量中的精度还未得到验证，针对成像特性的相关研究也较少，应用高分辨率遥感影像进行基础地理空间数据生产的技术规范也还是一片空白。
2. 高分辨率卫星的主要技术优势
已经建立的全球控制基准，为利用高分辨率卫星影像测制满足市场需求的地理信息产品提供了支撑。商业高分辨率遥感卫星在技术发展的基础上，实现了精密定轨、精确定姿和立体摄影，具备了摄影测量的基本能力，可以实现卫星立体测图的目的。当前可用于生产测绘“4D”产品的高分辨率商业卫星众多，具有代表意义的主要有IKONOS、QuickBird、GeoEye-1和Worldview-1/2等卫星。高分辨率卫星在影像的分辨率、地理定位精度、大面积覆盖和价格等方面具有众多的优势，这也是商业用户和政府用户们感兴趣地方所在。以GeoEye-1卫星为例，其全色波段分辨率达0.41m，日获取能力全色近700000km2/天(相当于陕西和四川两省的面积)，单景影像面积约225km2,而且立体像对的覆盖率可以几乎达到100%，基高比可达到0.54-0.87，在没有任何地面控制点的情况下定位精度能达到3米。与传统航测相比，利用当前先进的高分辨率遥感影像进行立体测图，将减少传统航测中由于模型连接、影像接边、测区接边等生产环节带来的误差，从而可大大节省制图成本，而且由于其轨道定位精度较高和基高比较大，有利于确保航天摄影测量的高程精度，减少外业控制的工作量。
图1 GeoEye-1卫星航天摄影成像示意图
图2 GeoEye-1卫星外观图
图3 GeoEye-1卫星影像样图
4.高分辨率卫星航天摄影测量的原理
航天摄影测量的原理和航空摄影测量基本相同，其生产过程可以在传统航测平台下完成，如ERDAS2010,Socet SET5.4等。在成图过程中所不同的是使用的成像模型。当前大部分高分辨率卫星都采用有理函数模型(Rational Functional Model-RFM)取代物理传感器模型完成摄影测量处理任务。RFM模型的建立采用“独立于地形”的方式，即首先利用星载GPS测定的卫星轨道参数及恒星相机、惯性测量单元测定的姿态参数建立严格几何模型；之后，利用严格模型生成大量均匀分布的虚拟地面控制点，再利用这些控制点计算RFM模型参数，其实质是利用RFM模型拟合严格几何模型。这主要是由于物理传感器模型的建立需要传感器物理构造及成像方式等信息，理论上非常严密，但下载乐鱼体育面为了保护技术秘密，一些传感器的参数并未被公开，用户不可能建立这些传感器的严格成像模型。另外下载乐鱼体育面，由于卫星灵活的成像方式、精确的轨道及姿态控制导致影像的严格几何模型极为复杂，难以严格解算，需要简化用户处理。
由于采用了RFM模型，在摄影测量数据处理过程中，高分辨率卫星航天摄影测量成图无需进行内定向、相对定向、生成核线影像等作业过程, 大区域测图时需要的接边工作也很少，节省了在数字摄影测量系统中恢复模型需要的时间，在一定程度上提高了生产效率。
4.我院对高分辨率卫星航天摄影测量的探索
为了充分挖掘高分辨率卫星的潜能，将高分辨率卫星可靠地应用到实际生产中，我院在大力响应国家测绘局大力推广应用无人机低空遥感系统的号召同时， 2009年10月我院本着“实事求是，与时俱进”的精神，在总工程师张柯、无人机航测遥感分院院长李志文、副院长刘专的领导下，积极组建了高分辨率卫星航天摄影测量研究团队，致力于高分辨率卫星航天摄影测量方面的技术攻关，该研究计划得到了测绘二院院长程纲和副院长孙铁军的大力支持，并在研究中提出了很多建设性的指导意见。我院选择了长沙、邵阳、吉首、怀化、岳阳等不同地形的地区作为实验区，分为两个阶段进行，前一阶段是对GeoEye-1卫星（2008年9月6日发射）在航天摄影测量中的应用进行研究，后一个阶段是对最新发射的Worldview-2卫星（间2009年10月9日发射）的立体影像在航天摄影测量中的应用进行研究，两阶段的研究思路和方法基本一致，其中前一阶段的研究已经结束，并撰写了研究报告用以指导后续生产，后一阶段的研究也即将结题。
前一阶段的研究主要是针对GeoEye-1卫星，在传统航摄平台下，探索不同地形和地面控制点（GCPs）条件下制作DOM、DEM和DLG的精度及误差分布情况。通过试验我们对应用GeoEye-1影像制作“4D”产品的精度、效率、效益、适应性、作业流程有了客观的认识和评价，为GeoEye-1影像应用于“4D”产品的生产中提供了确凿的依据和技术支持。图4，图5，图6，图7是部分我们对试验数据整理后的二维关系图。
图4 GeoEye-1影像空中三角测量平面中误差和GCPs数量的关系图
图5 GeoEye-1影像空中三角测量高程中误差和GCPs数量的关系图
图6 DEM提取高程中误差和GCPs数量的关系图
图7 DOM产品控制点、检查点中误差和控制点数量的关系
5.专家评点
我院前一阶段针对GeoEye-1卫星的航天摄影测量研究取得了重要的研究成果，得到了业内众多专家的认可和赞扬。湖南省国土厅总工程师彭悦看完研究报告后，说到：“该研究成果具有重大的应用价值，应该将研究的技术成果转化为实际的生产力”。湖南省教育委员会主任、湖南省测绘协会副理事长、国内知名的摄影测量与遥感专家郭云开教授看完研究报告后说到：“遥感在物理方面的研究已经取得了很大的突破，在众多领域中已经得到应用，但在几何信息方面的，当前遥感还是非常薄弱，你们的研究对遥感在几何信息提取方面有重大的意义，应该推广应用。”中南林业科技大学测绘工程系主任王唤良教授看完研究报告指出“GeoEye-1是一种新型的有代表性的高分辨率数据源，具有许多潜在的应用，你们的研究方案可行、研究结果可信，研究成果对利用该数据制作测绘“4D”产品具有重要的工程价值”。长沙理工大学（原长沙交通学院）交通运输工程学院副院长查旭东教授对研究报告发表评论：“你们的研究成果将为当前的道路选线带来福音，特别是对于我国西部地区的交通建设中的选线问题有重大的工程实用价值”。
6.结语
高分辨卫星影像航天摄影测量技术的重要性已经突现出来，它有力地克服了航空摄影在摄影难、任务重、外业控制测量等不利的局面，具有效率高、劳动强度低等优点，是空间数据采集最有效的手段，在测绘“4D”产品生产的途径中具有其他方法所没有的优势。随着高分辨率遥感技术的进一步发展，航天摄影测量将不仅局限于中小比例尺“4D”产品的生产，将能够实现大比例尺“4D”产品的生产。本次研究跟踪了当前国内外遥感技术发展的前沿，把握住了当前遥感发展的脉搏，使我院在航天摄影领域初步形成了一定的生产力，从而也使得我院在摄影测量与遥感领域的技术力量更加完备和厚实，为实现“立足于传统航测，大力发展低空无人机航测和高空卫星航天摄影测量”的宏伟目标又向前迈进了坚实的一步！
