资源三号02星激光测高仪在轨几何检校与试验验证

我国在资源三号02星上首次搭载了一台用于对地观测的试验性载荷——激光测高仪,开展对地观测的激光测高试验。由于卫星发射时的振动以及入轨后空间环境变化等因素影响,激光测高仪的指向、测距等系统参数相对于发射前地面测量值可能发生变化,从而引起激光的平面和高程误差。本文根据资源三号02星激光测高仪特点,提出了一种基于地面探测器的在轨几何检校方法,该方法构建了以指向、测距为系统误差的严密几何检校模型,以激光测距值残差最小为原则,利用地面探测器捕获的激光光斑位置作为参考,实现系统误差参数高精度在轨几何检校。利用卫星在轨测试期间多个试验场数据进行检校后,以有关DEM数据作为地面参考比对,地形坡度小于2°区域内的激光点高程精度由检校前的100~140m提高到2~3m。利用平坦地区激光足印内少量GPS外业控制点进行验证对比,检校后激光高程测量的绝对精度优于1m。试验结果表明了资源三号02星激光测高仪在轨几何检校方法的有效性和正确性。

资源三号02星激光测高精度分析与验证

资源三号02星搭载了我国首台对地观测的卫星激光测高试验性载荷,对该载荷的精度进行了理论分析,并采用多个区域进行了实际精度验证,同时对其在航天测绘中的应用进行了试验。资源三号02星激光测高仪在平坦地区(坡度≤2°)的理论高程精度为0.85m、平面精度14.2m。试验表明,资源三号02星激光测高仪获得的有效测高数据约占23.89%,检校场区域其高程精度为0.89m,平面精度为14.76m;华北地区高精度DSM地形数据验证其高程精度为1.09m,内陆渤海海面上的激光高程精度为0.47m。将激光足印点作为高程控制点时,在陕西渭南试验区能将资源三号02星立体影像无地面控制的高程精度从11.54m提高到1.90m。虽然资源三号02星激光测高仪为试验性载荷,但试验结果证实国产卫星激光测高数据能有效提高立体影像无地面控制的高程精度,在全球测图工程中具有推广应用价值,建议后续立体测图卫星搭载业务化应用的激光测高仪。

资源三号02星双频GPS快速精密定轨

采用资源三号02星双频GPS观测数据和CODE快速星历,利用非差简化动力学方法实现卫星精密定轨。通过卫星轨道重叠弧段检验,轨道径向精度优于3.90cm,位置精度优于5.52cm。利用SLR观测数据检核卫星轨道,精度优于4cm。采用轨道外推和瞬时根数方法预报轨道,12h内切向精度优于30m。

ATLAS数据与资源三号02星影像联合区域网平差

ICESat-2为世界首颗光子计数激光雷达测高卫星,其上携带的ATLAS可获得覆盖全球的高精度激光脚点,有助于提高卫星光学影像的无控定位精度。设计实现了ATLAS激光测高数据与卫星影像的联合平差方案。首先通过多条件筛选准则选取高精度ATLAS激光测高点,然后将筛选后的激光测高点作为带误差控制点进行联合平差计算,使卫星影像定向参数得到了优化。利用河南郑州地区的资源三号02星影像和ATLAS ATL03级数据进行的试验结果表明,文中的平差方案可将影像定位的高程精度提高60.6%,平面精度提高56.4%,验证了文中提出的方法可在无外业控制点情况下显著提高卫星影像定位精度。

资源三号卫星在地质灾害调查评价中的应用 ——以宝鸡黄土区为例

国产卫星特别是国产高分辨率卫星的发展为地质调查领域的卫星遥感应用研究注入了新的活力,展现了良好的应用效果.利用所获取的宝鸡地区2013年和2014年2 a的资源三号卫星（ZY-3）影像数据,开展地质灾害体调查,同时提取了地形地貌、活动断裂、水系、植被、人工工程等孕灾环境因子信息,并结合宝鸡地区岩（土）体数据、降雨量数据利用信息量模型开展地质灾害易发性、危险性评价.结果表明,此次应用为黄土滑坡区利用国产高分辨率卫星开展地质灾害调查、监测与评价提供了一个良好的示范作用.

资源三号卫星传感器校正产品定位精度验证与分析

在已有对资源三号(ZY-3)卫星遥感影像质量初步验证工作的基础上,选择同时具有平地和山地的典型实验区影像,进一步深入研究并验证ZY-3卫星传感器校正产品的定位精度。以在实验区外业测量的高精度GPS点作为控制点及检查点,通过区域网平差算法对传感器校正产品自带的有理多项式系数进行精化,消除系统误差;通过自动生成数字表面模型(DSM)和正射影像(DOM),验证其平面测图和立体定位精度,分析地形、控制点数量与分布对精度的影响。实验结果表明:在地形平坦地区,ZY-3卫星数据的平面定位精度可达1.476 m,高程定位精度可达2.213 m;在地形起伏较大的山区,平面定位精度可达1.506 m,高程定位精度可达2.895 m。该精度能满足1∶5万比例尺DEM及DOM制作要求,并可用于1∶2.5万比例尺地形图的修测。

资源三号卫星多光谱图像特征分析和质量评价

针对资源三号卫星(ZY-3)多光谱图像数据展开图像辐射特征和质量评价研究,通过与SPOT5 HRG(high resolution geometric)多光谱数据对比分析,利用值域、均值和标准差等影像灰度统计信息分析ZY-3与SPOT5图像质量在不同地理区域的差异;通过计算相关系数分析波段之间的相关性,选取不同区域内的典型地物直方图进行对比,以反映多光谱影像的辐射特征;通过计算均质性、对比度、信息熵和角二阶矩评价ZY-3和SPOT5影像的纹理特征,并从影像地理要素视觉特征方面比较2种卫星图像的质量,作为用户选取和使用ZY-3图像的参考。实验结果表明:ZY-3多光谱图像的质量较好,在波段相关性方面,ZY-3在除植被外的水体和建筑物等要素信息提取能力上优于SPOT5;在纹理特征方面,ZY-3也比SPOT5有更好的显示效果,可用做中、小比例尺国土资源等领域应用的基础图像。

资源三号测绘卫星DSM与ASTER GDEM精度对比分析——以高海拔山区为例

为了评价国产资源三号测绘卫星DSM数据质量,选取地貌类型丰富的云南省高海拔山区为试验样区,以1∶10 000实测地形图DEM为假定真值,以30m分辨率ASTER GDEM为评价参照,从高程精度和地形描述精度两方面着手,对国产资源三号测绘卫星DSM数据精确性进行分析。结果表明:国产资源三号测绘卫星DSM数据精度整体高于ASTER GDEM。

不同地貌下国产资源三号测绘卫星DSM数据质量评价——以云南省高海拔山区为例

为了评价不同地貌下国产资源三号测绘卫星DSM数据精度,以云南省高海拔山区为研究案例,并以1：10 000实测地形图DEM为假定真值,以90 m分辨率SRTM DEM为评价参考,从高程精度和地形描述精度两个指标对15 m分辨率的ZY-3 DSM进行精度评价。结果表明：在不同地貌下ZY-3 DSM的高程精度和地形描述精度都优于SRTM DEM。从高程中误差分析来看,台地地貌精度最高,ZY-3 DSM高程中误差仅为SRTM DEM的1/6,平原地貌精度最低,该比值为1/2;就地形描述评价而言,四种地貌下ZY-3 DSM的Et均方根误差实际值与理论值均非常接近,实际值与理论值的比在0.975 2-1.594 3之间,而SRTM DEM在5.310 1-8.749 4之间。由此看来,不同地貌下ZY-3 DSM数据精度整体高于SRTM DEM。

基于资源三号卫星影像的极地1∶50000无地面控制成图技术研究

利用国产自主研发的立体测图卫星资源三号卫星遥感影像,采用无地面控制区域网平差方法,试生产极地地区1:50 000 3D(DLG,DEM,DOM)地理信息产品。通过试生产提出极地1:50 000比例尺数据成图技术流程图,并对其数据处理过程中的关键技术进行研究和分析,提出相关的技术要求。

资源三号卫星湿地多光谱与全色影像融合质量评价

从沿海湿地分类效果和定量指标两方面对资源三号(ZY-3)卫星多光谱(MS)图像与全色(PAN)图像融合的质量进行了评价。采用通用明度-色度饱和度(GIHS)变换、à trous小波变换(AWT)、非下采样Contourlet变换(NSCT)和NSCT-GIHS变换结合(用NSCT-GIHS表示)4种融合方法得到了ZY-3 MS-PAN融合图像,并构建了光谱信息指数和空间信息指数定量评价融合效果。定量分析结果表明,采用NSCT-GIHS方法得到的融合图像质量在光谱和空间特征保真度均为最优。基于ZY-3 MS-PAN融合图像,提出了面向对象的湿地分类方法。分类结果表明,NSCT_GIHS融合图像的总体分类精度为最高值96%,Kappa系数为0.9425。可见湿地分类结果与定量评价相一致。

国产资源三号测绘卫星DSM数据质量评价——以高海拔山区为例

为了评价国产资源三号测绘卫星DSM数据精度,在顾及地貌类型的情况下,以涵盖平原、台地、丘陵等地貌的高海拔山区为研究案例,并以1∶1万实测地形图DEM为假定真值,以90m分辨率SRTM DEM为评价参照,从高程精度和地形描述精度两个方面,对15m分辨率ZY-3DSM进行精度评价分析。研究结果表明:ZY-3DSM高程精度优于SRTM DEM,前者高程中误差仅为后者的1/6;就地形描述精度来讲,ZY-3DSM与SRTM DEM相比,其地形描述精度更接近理论值,前者RMS Et实际值仅为理论值0.99倍,而后者的实际值却是理论值5.13倍。由此看来,ZY-3DSM数据精度整体上高于SRTM DEM。

资源卫星三号DEM数据在活动构造定量研究中的应用评价

为评价资源三号测绘卫星(ZY-3)DEM数据在地质领域的应用效果,结合ZY-3卫星的在轨测试工作,选择内蒙古大青山山前断裂为实验区,从数据精度和可用性2个方面对ZY-3 DEM数据在活动构造定量研究中的应用进行评估。参考1∶5万比例尺DEM和实验区野外实测高精度GPS数据,对比ASTER传感器立体像对生产的30 m分辨率GDEM数据,采用检查点法和剖面法对ZY-3立体像对生产的5 m分辨率DEM数据进行了精度评价。实验结果表明:ZY-3 DEM的高程精度略优于ASTER GDEM;ZY-3 DEM受地表形态因素影响更为显著。通过对大青山山前断裂呼和浩特段的地貌特征进行遥感数据统计分析与微地貌研究发现,该区域以中、低陡坡为主(约占该段山体的92%),发育有4级夷平面和1级山前沉积台地,越靠近东部断裂末段,断裂的活动性越弱;断裂呈线性展布,其活动性以张性为主,兼具左行水平滑移。研究结果表明,ZY-3提供的高分辨率光学影像、多光谱影像和DEM可有效地应用于活动构造的定量研究。

基于资源三号测绘卫星DSM的复杂地形水系提取精度分析——以云南省高海拔山区为例

针云南省楚雄地区为研究区域,采用1:25万水系数据为参照,基于资源三号测绘卫星DSM(ZY-3DSM)数据自动提取水系,并从河流分支点和水系因子两方面分析其精度,再与SRTM DEM提取的水系进行比较。结果表明:(1)从河流分支点来看,ZY-3 DSM提取的水系精度普遍高于SRTM DEM,在中海拔丘陵和中海拔台地上点位精度比后者高50%以上,在低海拔平原和中海拔平原上点位精度比后者高25%以上;(2)就水系长度和分级而言,ZY-3 DSM提取的水系总长度比SRTM DEM约长15%,一级和二级河流数目比后者多18%;(3)从水系密度和河网套合差来看,ZY-3 DSM提取水系与1:25万水系吻合度较好,水系密度相似度高于SRTM DEM约3倍,河网套合程度前者高于后者45%。总之,基于ZY-3 DSM提取的水系精度较高,完全符合测绘标准规范,且各方面均优于SRTM DEM提取的水系。

基于资源三号影像的建筑物高度信息提取方法

建筑物高度信息的获取是高分辨率遥感影像信息提取研究中的热点问题之一。该文提出了一套结合面向对象分类方法的建筑物高度反演技术方法。首先,利用建筑物和阴影的形态学指数,通过面向对象分类方法提取建筑物轮廓和阴影信息;然后,采用相交线平均法计算阴影长度;最后,根据阴影长度和建筑物高度的几何关系模型计算建筑物高度。采用西安市的国产资源三号(ZY-3)卫星遥感数据进行提取试验,通过171栋建筑物的实际测量高度对结果进行验证,获得了91.23%的总体精度,显示出该方法在建筑物高度信息提取研究方面具有一定的现实意义。

联合资源三号与机载LiDAR的林分平均树高估测

提出一种将资源三号(ZY-3)立体影像的空间连续测量特性与LiDAR数据的高精度定位测高优势相结合的林分平均树高估测方法。首先从LiDAR离散点云提取地面点并内插生成分辨率为1m的林区DEM,同时根据点云强度提取与DEM同源且分辨率为1m的正射影像,分别作为ZY-3数据定向处理的高程控制基准和平面控制基准。通过ZY-3多类像对组合提取研究区DSM,其中三视DSM较二视DSM高程精度最佳。基于三视DSM,林区DEM,ZY-3多光谱数据提取的植被指数和野外实测树高数据,利用回归分析方法及高程误差修正方法分别建立了四个树高估测模型,实验表明,经高程误差修正后的改进树高估测模型精度最高,模型Adj R^2=0.913,其精度达到93.29%,是最佳树高估测模型。

国产GF-2和ZY-3卫星数据在活动断裂定量研究中的应用——以哈思山南麓断裂带为例

利用国产GF-2和ZY-3卫星数据,以海原断裂带哈思山南麓断裂为例,应用目视综合解译、三维立体解译,结合野外验证,定量分析国产高分数据在活动构造定量研究中的应用潜力。GF-2融合影像展示了清晰的断层陡坎、冲沟左旋断错及同震破裂等现象,依据解译结果哈思山南麓断裂可分为正走滑型的荒凉滩—沙葱沟段、左旋走滑型的沙葱沟—黄河段以及以左旋运动为主黄河—沈家庄段。沿断裂带进行的1∶50 000遥感解译工作在地层边界、构造微地貌细节信息提取等方面均有较大的改进,解译得到的最小左旋水平位移量4.3m,反映1920年海原地震的水平同震位移量,而最大左旋水平位移量333.5m,则反映该段晚第四纪的持续运动。研究表明,海量国产高分辨率卫星数据在中国西部活动构造定量研究中可替代国外同等分辨率的数据,具有较强的应用价值。

ZY-3影像在我国海岸带区域的定位精度评价

以我国海岸带为研究对象,从北往南依次选取了覆盖山东青岛、江苏盐城和浙江温州海岸带的6景资源三号(ZY-3)传感器校正产品,利用实测像控点开展了影像自主定位精度评价,并将其结果与覆盖相同区域的SPOT5影像进行了比较。在此基础上,利用实测地面控制点和国家1∶5万比例尺DEM产品对覆盖青岛和温州的全色影像进行了正射校正实验,分析控制点数量与分布对校正精度的影响。研究发现:在无控制点情况下,ZY-3全色影像的平面校正精度平均为19.6 m,多光谱影像的平面校正精度为23.0 m,均优于SPOT5卫星影像的校正精度;用1个角点作为控制点,可达到优于2个像元的校正精度,用4个角点作为控制点,校正精度在1个像元左右;以向陆一侧的2个角点作为控制点,可达到优于3 m的校正精度,但采用3个控制点时,校正精度较低,特别是向海一侧影像的校正精度更低。上述研究结果表明,ZY-3影像在少量控制点下即可达到较高的校正精度,能够满足海岸带遥感调查工作的精度要求。

结合局部单应矩阵的ZY-3遥感影像稠密匹配

针对现有的特征点匹配结果的密集度无法满足于三维重建的需求问题,本文提出了一种结合局部单应矩阵的资源三号遥感影像稠密匹配方法。首先,采用ASIFT算法对资源三号遥感影像进行特征点匹配,通过随机抽样一致性(RANSAC)算法对初始的匹配结果进行优化,提高ASIFT匹配结果的精度;其次,以优化后ASIFT匹配结果作为匹配基元,构建Delaunay三角网,利用Delaunay三角网间的同名三角单元的单应矩阵关系对已有匹配结果进行加密;最后,通过灰度相似性和最小二乘双重约束提高加密特征点的精度,从而达到精匹配的目的。实验选取ZY-3遥感影像作为实验数据,实验表明,本文算法具有较好的可靠性与鲁棒性,能获得比ASIFT匹配多6倍的同名点。

资源三号02星对地激光测高系统几何检校及验证

星载激光测高仪安装误差、激光指向和激光测距误差等导致最终激光测高精度不高,对激光器进行在轨几何检校可以有效提升激光测高精度。针对资源三号02星(ZY3-02)激光测高仪的工作模式,以裸露地表的航天飞机雷达地形测绘任务(shuttle radar topography mission,SRTM)数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据约束同轨激光测距值,通过逼近地形起伏趋势线实现了卫星激光器出射方向的初始检校,实验证明不同轨激光指向的相对检校精度在20m以内。利用地面铺设激光靶标的方法对星载激光测高系统进行几何精检校,并通过外业测量验证了ZY3-02激光器在平坦区域的测高精度优于0.5m。