【技术】一种立体测绘卫星定位精度优化方法

摘要

立体测绘卫星在无地面控制点条件下的定位精度受到显著制约，尤其是高程精度问题仍然突出。对此，本文提出了一种结合激光高程点辅助的定位精度优化方法。首先，对双线阵前后视立体影像进行精确匹配；其次，将ICESat-2激光高程点与双线阵影像进行精准匹配；最后，构建外方位元素分段多项式的严密成像模型，并开展激光高程点辅助的精密模型平差。为验证所提方法的有效性，本文选取了澳大利亚、日本和美国3个测区的5景高分十四号卫星影像，并结合ICESat-2激光数据及地面控制点数据进行实验验证。结果表明：该方法能够显著提升立体测绘卫星在无地面控制条件下的高程精度，整体定位精度优于1.5 m，其中，澳大利亚测区的高程精度最高可达0.63 m。研究结果为全球无地面控制条件下的测图应用提供了高效、可靠的技术支撑。

引用

[1] 李祝鑫,王重阳,王慧,等. 基于激光高程点辅助的立体测绘卫星定位精度优化方法[J/OL]. 测绘科学技术学报, 1-11 [2026-06-16]. https://kns.cnki.net/kcms/detail/10.1974.P.20260430.1604.002.html.

引言

为提升立体测绘卫星在无地面控制条件下的定位精度，本文研究基于卫星影像严密几何成像模型，采用分段多项式模型的平差方法对条带观测数据进行整体平差处理，充分顾及条带数据误差的一致性特征，从而有效抑制系统误差对定位精度的影响。经此平差处理后，由严密几何模型生成的有理多项式系数（RPC）具备较高精度，后续使用该RPC时无需再进行额外的平差处理。同时，引入高精度激光高程点（如ICESat-2）作为外部控制信息，构建一种融合激光测高数据与立体影像的联合平差模型，重点研究激光点与影像的精确配准以及激光高程点辅助的严密模型平差技术，以期通过多源数据融合进一步提升整体优化平差的精度。为区分条带整体平差与激光高程约束对精度提升的贡献，本文设置了直接定位、分段多项式严密模型平差以及激光高程点辅助平差3种方案进行对比验证。为验证所提方法的有效性，实验选取澳大利亚与日本平原地区和美国山地地区的3个测区的5对GF-14卫星影像开展实验验证。实验结果表明：激光高程点辅助下的严密模型平差方法能够有效补偿卫星成像过程中的系统误差，显著提升立体定位精度，可为无地面控制条件下的卫星定位精度提升与测图应用提供有效技术支撑。

主要图表

图1 激光高程点辅助的双线阵影像无控定位技术流程

图 2 双线阵影像激光点匹配流程图

图3 激光测高数据辅助的严密模型区域网平差流程图

图4 3个测区激光点分布

图5 3个测区地面控制点分布

图 6 澳大利亚-173景严密模型平差后残差分布

图 7 澳大利亚-513景严密模型平差后残差分布

图 8 日本-993景严密模型平差后残差分布

图 9 日本-769景严密模型平差后残差分布

图 10 美国-355景严密模型平差后残差分布

测区1共包含273个激光高程点，经匹配后生成超过8 000个激光连接点；两景影像对应的高程补偿值分别为0.93 m和1.52 m，改正效果较为理想。相比之下，测区2仅包含5个激光高程点，日本-993景和日本-769景分别匹配得到366个和200个激光连接点，其对应高程补偿值仅为0.45 m和0.26 m。通过进一步的平差分析发现，日本-769测区存在高程补偿值大于3 m的粗差点，已在平差过程中予以剔除，从而导致最终参与平差的激光连接点数量进一步减少。测区3激光连接点数为3 120个，但是由于严密模型平差后，高程精度已经很高，为0.68 m，故加入激光数据后，定位精度提升有限，达到0.56 m。受原始激光高程点的数量及其有效匹配结果受限的影响，测区2的整体高程精度改善程度低于测区1和测区3。该结果表明，激光高程点的数量及其空间分布对无控定位精度的提升效果具有显著影响。

结束语

本文针对无地面控制条件下双线阵立体测绘卫星高程定位精度不足的问题，提出了一种激光高程点辅助的严密模型平差方法。实验结果表明，该方法通过引入激光高程信息作为外部约束进行联合平差，在平面定位精度基本稳定的前提下显著提升高程精度（如澳大利亚测区提升超50%），整体高程定位精度优于1.5 m。同时，由于激光点主要提供高程方向控制信息，该方法对平面精度改善相对有限，体现出“以高程约束驱动提升”的特征。本研究发展了多源遥感数据融合的平差框架，为无地面控制的高精度立体测绘与测图生产提供了可行的技术方案。然而，方法效果受激光高程点的数量、空间分布的影响，且在复杂地形下的适用性仍有待验证。后续将开展多地形实验，探索融合平面控制信息，以实现平面-高程协同优化，进一步提升方法的适用范围和综合性能。

来源：测绘科学技术学报 转自：测绘学术资讯