高山峡谷多视卫星立体像对真三维重建

为解决大面积艰险条件下高山峡谷真三维重建难题,提高卫星影像空间及光谱分辨率,以中国西藏某高山峡谷流域Pleiades卫星立体像对为切入点,探讨了RPC轨道参数校正、SIFT算子优化密集匹配等卫星影像三维重建关键技术,构建无控定位条件下全色、多光谱及融合状态下真三维重建模型。结果表明:3种方案下多视卫星立体像对匹配点误差均小于1个像素,全色方案匹配点精度达到0.67个像素,丰富了1∶5千、1∶1万地形图测绘、地质灾害早期识别及监测、高海拔地区冰川演变分析手段及方法。研究成果可为卫星影像真三维重建提供借鉴。

利用正射影像立体像对的无人机测图系统

利用无人机影像通过传统立体像对模型测图时需要频繁切换像对,将无人机影像制作为实景三维模型测图时则需频繁平移、缩放和旋转模型,两种方式都存在效率低的问题。正射影像立体像对可将成百上千个立体像对的左右片各自无缝拼接起来,形成覆盖超大范围的立体像对。开发了基于正射影像立体像对的无人机测图系统,作业模式与传统立体像对相似,但避免了像对切换,提高了作业效率。在多个项目中开展了1∶2000测图实验,该系统平面精度约为0.2 m,高程精度为0.2~0.4 m。

基于Landsat 8 OLI和资源3号立体像对数据的桉树森林蓄积量估测

【目的】探索Landsat8 OLI数据和立体数据在估算桉树森林蓄积量(forest stock volume,FSV)中的潜力,并且准确地估计桉树的FSV。【方法】以3幅Landsat8 OLI图像和资源3号立体数据为遥感数据源,并且结合少量地面调查数据实现了桉树FSV的遥感估计。研究中提取了三类遥感特征用于估计桉树FSV:第一类是包括植被指数和单波段反射率在内的光谱特征;第二类是基于Landsat 8 OLI图像的单波段提取的8种纹理特征;第三类是基于资源3号立体像对数据和开源的数字高程模型(digital elevation model,DEM)提取的冠层高度模型(canopy height model,CHM)。利用Boruta算法对三类遥感特征进行提取,之后建立了随机森林(random forest,RF)、K-最近邻(K-nearest neighbor,KNN)和支持向量机(support vector machine,SVM)3种机器学习模型以及传统的多源线性回归模型(multiple linear regression,MLR),并以决定系数(R2)、均方根误差(root mean square error,RMSE)和相对均方根误差(relative root mean square error,rRMSE)作为评价指标对模型结果进行评估。【结果】基于ZY-3立体像对数据和开源的DEM数据提取的CHM与桉树的FSV具有很强的相关性,Pearson相关系数达到了0.71。仅仅利用基于Landsat 8 OLI图像提取的光谱和纹理特征难以准确2地估计桉树的FSV,估测模型的R为0.29~0.38,rRMSE为35.65%~43.30%,存在严重的数据饱和问题。2当变量集中加入CHM后,模型的估测精度明显提高,R达到了0.64~0.66,rRMSE为25.74%~26.41%。【结论】使用Landsat 8 OLI数据估算桉树FSV时存在严重的数据饱和问题,并且使用空间分辨率为30 m的纹理特征难以有效地改善森林蓄积量的估计精度。利用资源3号立体像对数据和开源的DEM数据可以提取较为准确的CHM,并且所提取的CHM可以解决改善光学数据的饱和问题,从而提高桉树FSV的估计精度。

基于遥感立体像对实现三维模型LOD1.3级快速构建

介绍了一种基于遥感立体像对实现城市三维模型LOD1.3级快速建模的方法。该方法首先使用高分辨率遥感立体影像进行空三加密,确保立体影像在平面和高程上的精度。然后,利用专业软件构建三维实体。实例证明,这种方法能够快速、高效地构建建筑物三维立体模型。

卫星立体像对在水利工程1∶2000测图的应用

为解决因海拔高、无人机作业困难地区的水利工程1∶2000快速成图的需要,文章以西藏某水利工程项目(地形类别为山区)为例,采用WorldView-3立体影像进行1∶2000比例尺地形图生产的实验,研究利用卫星立体影像生产地形图的技术流程,并对成果进行精度统计和作业分析。结果表明利用卫星立体像对生产大比例尺地形图工作效率高,平面高程精度满足规范要求,技术路线可行。该研究可为国外、西藏等偏远地区工程项目地形图生产提供借鉴,有效解决工程实际工期问题。

基于GeoEye-1立体像对影像提取建筑物高度的方法研究

在城市规划、公共管理、防灾减灾和导航等领域,高精度的城市建筑物三维信息发挥着重要作用。传统的建筑物高度信息获取方法具有成本较高、精度较低、时效性差的缺点。随着亚米级的高空间分辨率遥感卫星的发展和普及,基于遥感卫星立体像对数据反演建筑物高度信息的方法受到广泛关注。基于GeoEye-1卫星数据,本文提出了一种自动化程度较高的建筑物高度信息提取方法。首先,利用有理函数模型对GeoEye-1立体像对数据进行几何校正,生成数字表面模型;然后,基于多窗口滤波方法,在无须辅助数据的情况下,利用数字表面模型生成数字高程模型,通过叠置分析提取建筑物的高度信息;最后,根据建筑物轮廓数据绘制研究区建筑的高度分布图。研究结果表明,该方法在多种地表类型上提取出建筑物的高度信息具有较高的精度,具有操作简单、处理速度快等特点。

基于城市航空立体像对的全自动3维建筑物建模

城市建筑物 3维建模是虚拟城市建设的关键技术之一。基于大比例尺航空立体像对提出 3维建筑物建模方法。首先对 2维边缘检测Canny算子进行改进 ,以期从城市航空影像中检测出较为精确的 2维建筑物轮廓线。然后把改进的自适应最小二乘相关算法运用到金字塔匹配算法中 ,由于金字塔匹配算法中最为关键的问题是误差传递的有效控制 ,而以往的研究中尽管采用了多种控制策略但效果不是很好 ,作者通过提出 2种新的误差传播控制策略得到了较高精度的匹配结果。利用匹配生成的高精度 3维信息对检测到的 2维建筑物轮廓线进行3维插值 ,获得建筑物的 3维信息 ,由此实现了建筑物 3维建模。

基于投影基准面的线阵推扫式卫星立体像对近似核线影像生成方法

提出一种实用的基于物方投影基准面的线阵推扫式卫星影像核线模型,研究并实现基于该模型的近似核线影像生成方法。该方法能够生成子像素级上下视差的近乎严格的核线影像,且能直接由立体影像的定向参数建立原始影像与核线影像之间的严格坐标对应关系;基于投影基准面进行近似核线排列,有利于生成分辨率一致、相对于物方水平的核线立体模型,方便进行立体量测和立体判读。为了验证本文方法的正确性、可行性和通用性,分别对带有高精度RPC的SPOT5-HRG异轨立体像对、IKONOS同轨立体像对、IRS-P5同轨立体像对以及Quickbird同轨立体像对进行了核线试验。目前,该方法已应用于卫星影像的立体测图和DEM自动生成软件模块中。

基于ASTER立体像对提取数字高程模型的试验研究

ASTER是一种新型高分辨率多光谱传感器,其在可见光波段的准实时立体像对获取模式可以用于地面数字高程模型的提取。介绍ASTER立体像对提取DEM的基本原理和数据处理流程,并利用ASTER立体影像进行南极内陆冰盖DEM提取的试验,取得较好的结果,为今后ASTER数据在此方面的应用提供示范。

异轨遥感立体像对外方位元素的求解算法

在对异轨遥感立体像对外方位元素求解的基本模型进行系统阐述的基础上 ,讨论了基于共面条件的后方交会模型改化方法及其和基于共线方程的后方交会模型的融合。给出了外方位元素初值求解的实用算法 ,并利用实测立体像对数据进行了联合平差计算 。

基于SPOT5异轨立体像对提取DEM试验与精度评估

介绍了异轨立体像对提取DEM的基本原理和数据处理流程,利用两景影像进行了DEM提取试验,分析了结果的精度,提出了利用卫星立体影像提取DEM这一方法的发展方向。

DGPS和SPOT-5异轨立体像对在岷江源构造地貌研究中的应用

以川西岷江源一带为研究区,利用DGPS方法获取野外校正点和验证点,应用SPOT-5异轨立体像对数据生成分辨率为2.5 m的DEM数据和相应的正射影像。获取野外测量校正点22个,验证点15个,实测剖面1条。使用检查点法和剖面检查法进行数据质量评价,进一步获取岷江断裂带沿线的岷江河谷横剖面形态及河流阶地等详细的构造地貌信息。研究表明,利用DGPS在获取少量野外校正点的基础上,可生成用于活动构造及构造地貌详细研究的高质量DEM和正射影像。

基于广义立体像对的高分辨率遥感影像阴影检测

由于高分辨率遥感影像存在同物异谱或异物同谱现象,常用的基于影像特征的阴影检测方法存在普适性较差、鲁棒性较低、高漏检率和误检率等问题,而基于物理模型的阴影检测方法受数据源限制应用较少。立足高分辨率遥感影像以及基础地理信息数据日益丰富这一背景,从摄影测量理论和阴影形成几何原理出发,提出了广义立体像对支持的、多源数据辅助的高分辨率遥感影像多角度阴影检测方法。实验结果表明,在地面控制点支持下,广义立体像对能够完成三维重建,且重建模型的定位精度能够达到影像分辨率对应成图比例尺的规范要求;该方法是可行的,虽然过程更加复杂,但由于理论上更加严密,能够避开常用检测方法存在的问题,取得更好的检测效果,具有良好的工程化应用前景。

基于立体补偿的遥感立体像对压缩方法

提出研究遥感立体像对的压缩问题。主要讨论了左右影像的视差补偿和辐射补偿。针对遥感立体像对视差分布不均以及左右影像存在辐射差的特点,提出了一种基于立体补偿的遥感立体像对压缩算法。该算法以左片为基准图像,采用自适应视差估计计算出右片的视差矢量,结合辐射校正和重叠块视差补偿技术得到平滑的右片的预测图像,以右片减去预测图像得到残差图像,然后采用小波压缩算法对残差图像进行压缩。实验结果表明,该算法能显著提高遥感立体像对的压缩性能。

低空立体像对的严密相对定向

本文针对传统航空摄影测量相对定向方法在低空影像处理中存在局限的问题,提出了低空立体像对相对定向严密解法,推导出适用于低空立体像对相对定向的误差方程。该方法首先利用直接解法解算出相对定向元素的初值,然后代入低空立体像对相对定向误差方程迭代精化,实现相对定向元素值精确和高效地严密解算。实验验证了该方法在低空影像相对定向中精度比传统的相对定向方法和直接解法精度更高,对于诸如无人机等作为平台的低空摄影测量立体像对相对定向解算具有较强的实用性。

GeoEye-1立体像对定位精度分析及应用

对GeoEye-1立体定位模型进行初步研究,给出消除RPC模型系统误差的控制点选择和区域网平差方案。结合PixelGrid进行了基于不同布点方案下区域网平差实验,并和INOKOS定位精度进行对比分析。结果表明,加入少量控制点(1～9个)可明显消除RPC模型系统误差,平面精度达到0.2～0.3m,高程精度达到0.5m,能满足公路勘测选线1∶2000测图要求,高分辨率正射影像和数字地面模型可直接用于公路勘测选线设计。

一种基于GeoEye-1立体像对数据的快速提取平均树高方法

探讨了可见光立体像对遥感数据在森林平均树高估算研究方向的可行性,为解决大区域快速提取森林平均树高参数的科学问题提供技术支撑。利用GeoEye-1卫星立体像对中提供的有理多项式系数(RPC)参数和数字表面模型(DSM)与数字高程模型(DEM)的理论原理,建立了基于DSM和DEM空间相差模型建立林分冠层高度估算方法流程。结果表明:基于湖南攸县黄丰桥国有林场GeoEye-1立体像对影像数据,按照估算流程,最终得到试验区小班尺度的样地平均树高遥感提取结果。结合样地地面实测控制点和地面小班数据调查数据,该方法提取的研究区平均树高总体误差率在83.1%,其中最大误差为3.773 m,最小误差为0.025 m。因此,本研究是一种可以快速获得研究区大范围森林平均树高参数的创新、可行的方法。

高原山区WorldView-2和GeoEye-1立体像对定位精度研究

随着光学高分辨率卫星传感器的发展,新型传感器能够提供分辨率高且基高比大的立体像对以获取高精度的DEM。本文以高原山区同一区域的WorldView-2和GeoEye-1影像为数据源探索两种卫星立体像对定位精度的共性及差异。试验结果表明,在无控条件下WorldView-2影像平面精度优于GeoEye-1影像,而GeoEye-1影像高程精度优势明显。有控制点时,1~2个控制点可以大大提高WorldView-2和GeoEye-1卫星的影像定位精度:WorldView-2平面和高程平均误差分别为1 m和3 m,GeoEye-1平面和高程平均误差均小于2 m。继续增加控制点对定位精度提高不明显,有理函数模型具有与严格物理模型几乎一致的精度,但严格物理模型高程精度相对较高。控制点不均匀分布时,严格物理模型的定位精度变化明显,而有理函数模型定位精度波动较小。

基于孔内立体像对成像的地应力方向测量方法研究

深部岩体地应力的测量对岩土力学与工程地质具有重要的意义。由于传统的地应力测试过程较为复杂,在深孔中更是难以实现,因此本文提出一种利用全景立体钻孔成像技术和受力状态下钻孔形态特征快速、有效、准确地确定地应力方向的测量方法。该方法利用基于双锥镜成像原理的全景立体钻孔成像技术获得钻孔孔壁同一位置不同视角的两幅立体像对图像,通过对像对图像构建钻孔孔径形态数值以刻画钻孔孔壁的几何形态特征。根据地应力的作用下圆形钻孔孔壁变成椭圆形孔壁,进而推导出圆形孔壁变成椭圆之后的标准椭圆方程,并建立椭圆形态参数与地应力方向的关系。据此,结合全景立体钻孔成像技术获得钻孔孔壁的几何形态(椭圆形孔径),计算出椭圆长轴与坐标轴的方向,进而测得孔内的地应力方向。最后利用标准模型进行模拟测试。结果表明该方法测量的钻孔几何形态与实际的应力方向保持一致,验证了该方法的正确性和可靠性。该方法应用了最新的钻孔成像技术,在不依赖岩体物性参数的前提下,实现了基于钻孔形态的地应力方向的直接获取,为深部岩体地应力的测量提供一种新的途径和测试方法。

基于ASTER立体像对提取广州地区数字高程模型

ASTER（高级星载热辐射反射辐射计）的第三波段具有15m分辨率的朝向星下点和朝向后方传感器，其同轨拍摄立体像对的能力及基高比值（B／H=0．6）大，有利于生成DEM（数字高程模型）．采用区域匹配方法自动提取30m绝对与相对DEM并就其精度检验的方法进行探讨；采用L1B级别的广州地区ASTER影像进行试验，进而校验评估其生产精度，其绝对精度为33．69m，与ASTER DEM科学团队所公布的±7m．±50m相符；最后，提出影响所生成DEM精度的因素和提高生成DEM精度的方法，可对后期数据深挖掘和空间分析提供参考．