卫星遥感测绘技术范文

关键词：GeoEye影像；定向；数学精度；指标；基础测绘

引言

随着航天遥感技术的迅猛发展，特别是传感器技术的发展，卫星遥感影像在空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率和辐射分辨率上不断提高，同时影像获取成本也逐步降低，使得卫星遥感影像的应用越来越广泛。利用高分辨率卫星遥感影像进行高精度目标定位、立体测图和变化监测是国内外的研究热点之一；同时，卫星遥感影像正越来越多地应用于摄影测量领域，空间分辨率达到米级/亚米级的立体遥感图像，已有能力替代传统用于1∶50000和1∶10000比例尺地形图测绘或地理信息更新的航空影像。这使得采用卫星遥感影像获取高质量的地理空间信息成为必然趋势，也为大中比例尺地形图测绘提供了新的途径。本文了对0.41m分辨率的GeoEye影像的稀少控制点定向精度以及要素可判译指标进行了试验分析，探讨其在1∶10000基础测绘中的应用范围。

1.GeoEye-1卫星简介

2008年9月6日发射的GeoEye-1卫星是一颗商业对地成像卫星，是一颗太阳同步轨道卫星，轨道高度684km，运行周期98min。该卫星携带高分辨率的CCD相机，获取的影像空间分辨率在全色波段能提供0.41m分辨率和多谱段1.65m分辨率的超高分辨率影像。多光谱包含蓝、绿、红和近红外（450nm～900nm）四个波段。该卫星星下点幅宽为15.2km，数据获取动态范围为11比特，每天可获取大于700000km2的图像数据，经过定向后的影像可以更好地为测绘、城市基础地理信息动态更新、国土资源调查、生态环境监测、快速响应等不同的领域提供相应的基础影像数据源。

2.试验研究

2.1试验区概况

试验区选用了一个立体像对进行定向试验，平差后选取地形类别为“平地”的一部分区域进行矢量采集。卫星影像覆盖范围、控制点分布情况和采集区域见图1。

2.2区域网平差

（1）平差方案

试验中采用PixelGrid软件进行影像定向，分别选用1个角点、2个角点、3个角点、4个角点作为定向点，剩余的作为检查点，根据定向结果计算出相应的精度。针对不同定向点分布的情况下，分析定向点精度和检查点精度。

（2）平差结果

四种方案的平差结果见表1。

2.3矢量采集

（1）矢量采集

在JX4系统中引入PixelGrid平差结果，平差成果引入后，为加快数据处理速度，首先以图幅为单位对卫星立体条带影像进行分割，然后进行以图幅为作业单元的矢量要素采集，根据要素采集要求，在GeoEye影像立体模型上进行地物、地貌的测绘，同时通过卫星影像立体模型上的地物、地貌等要素的测绘，感受和确定与航片立体模型测图的判读和切准的不同，并分析不同类型的卫星影像在灰度影像和融合后的彩色影像状态下的立体采集可提取的地物指标及可达到的数学精度，采集结果见图2。

（2）精度检测

采集结束后，利用外业实测的检查点对矢量要素进行精度检测，检测结果见表2。

3.结论

（1）从影像定向结果上可知，当一个控制点定向时，GeoEye卫星影像的平面定向精度在10余米，高程精度在2m左右；再增加一个控制点后（即两个控制点），GeoEye卫星影像即可达到较高的定向精度，继续增加控制点对定向精度改善不明显。

（2）从矢量要素检测结果可知，定向后的GeoEye卫星影像所生产的产品精度满足1∶10000比例尺的相关规范要求，同时也满足1∶5000比例尺的相关规范要求。

（3）与航空影像相比，GeoEye卫星影像具有时效性高、覆盖面积大、所需控制点少的优点，但同时也存在一些不足，如云或雾的影响，电线杆、水井等同一类要素在同一景卫星影像中不同位置的可辨别度都不尽相同等。

（4）彩色测图模式可提高地物的判读能力，但对采集精度无明显影响。

参考文献：

[1]王薇，赵利平.GeoEye-1立体像对定位精度及其应用分析[J].遥感应用，2012，（1）：48-51，115.

[2]刘专.GeoEye-1影像制作数字正射影像图的精度评定[J].测绘科学，2011，36（6）：201-203.

[3]袁修孝，张过.缺少控制点的卫星遥感对地目标定位[J].武汉大学学报・信息科学版，2003，28（5）：505-509.

[4]国家技术监督局.GB/T13990-921∶5000、1∶10000航空摄影测量内业规范[S].北京：中国标准出版社，1993.

卫星遥感测绘技术范文篇2

天眼越来越好

遥感卫星也叫对地观测卫星，有光学成像卫星和雷达成像卫星2种，前者携带可见光、红外和多光谱等遥感器，最大优点是分辨率高；后者携带合成孔径雷达等遥感器，最大优点是可以全天候工作。

众所周知，评估遥感卫星性能的一个重要指标就是分辨率，它包括空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率等，其中空间分辨率最令人关注，其指标对卫星应用的深度和广度具有重要影响。空间分辨率一词来源于光学，是指2个点光源彼此接近到恰能被分辨出的最小距离，能显示遥感卫星分辨目标的能力。具体说来，它是指能从遥感卫星照片上辨别地面目标的最小尺寸，例如，如果某遥感卫星能够辨别的最小目标为2米，则这种遥感卫星的分辨率就是2米。

随着经济建设和社会发展，人类对遥感卫星的空间分辨率要求越来越高，所以高分辨率遥感卫星的发射数量和研制国家正日益增多。近年来，高分辨率遥感卫星的发射数量已占遥感卫星发射总数的约41%，而且其占有比例有继续增加的趋势，因此可以认为，人类对地观测已进入高分卫星时代。这些高分辨率遥感卫星已广泛用于精确制图、城市规划、土地利用、资源管理、环境监测、地理信息服务等领域，成为国家基础性、战略性资源。

对于采用光学成像的遥感卫星来讲，其运行轨道越高，分辨率就越低，所以，高分辨率遥感卫星通常运行在近地轨道，有时甚至采用临时性降低轨道高度的方法来取得短期的更高分辨率的图像，以满足特殊需要。另外，星载相机的焦距越大，分辨率越高。

对于采用雷达成像的遥感卫星来讲，可工作在略高的轨道上，但这就需要雷达成像卫星自身能提供足够高功率的雷达信号。提高其分辨率的方式主要有两种：一是采用短波长；二是增加天线口径。为此，可以提高雷达波的频率，缩短其波长，但当频率增加到一定程度时，大气对雷达波的衰减和吸收特性就会表现得非常明显，从而影响雷达的正常工作；同样，雷达的天线口径也不可能无限增加，因为加大雷达口径不仅会增加工艺难度和成本，而且对发射卫星的运载器提出了新要求。为此，提出了合成孔径雷达的概念。合成孔径雷达是利用雷达与目标的相对运动来把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达。

军用领跑高分

高分辨率遥感卫星在军用和民用方面都有广泛的用途。从原理上讲，军用遥感卫星与民用遥感卫星大同小异，主要差别是在使用的谱段和对地面分辨率的要求不同。军用遥感卫星主要在可见光或近红外谱段成像，分辨率优于1米，因此，军用遥感卫星大部分都是高分辨率卫星，只有少数用于普查的军用遥感卫星因运行轨道较高，以便提高时间分辨率，但空间分辨率会稍低；民用遥感卫星主要在多光谱成像，以便识别地面各种特征，其分辨率有高有低。

在军用高分辨率光学成像遥感卫星方面，美国锁眼12号卫星最牛，它采用了大面阵探测器、大型反射望远镜系统、数字成像系统、自适应光学成像技术、实时图像传输技术等，镜头口径3米，焦距27米，分辨率达0.1米。法国太阳神2号A、2号B卫星分辨率达0.5米，其军民两用光学成像遥感卫星“昴宿星”的分辨率为0.7米。以色列最先进的地平线9号小型：光学成像遥感卫星分辨率为0.5米。日本现役的第二代光学成像“情报收集卫星”分辨率为0.6米。

在军用高分辨率雷达成像遥感卫星方面，美国“长曲棍球”卫星是老大，分辨率达0.3米，其设计特点是装有巨大的合成孔径雷达天线和巨大的太阳能电池帆板，卫星装载的高分辨率合成孔径雷达能以多种波束模式对地面目标成像，使“长曲棍球”不仅能全天候、全天时工作，还可以发现伪装的武器和识别假目标，甚至能穿透干燥的地表，发现藏在地下一定深度的设施，并对活动目标有一定跟踪能力。德国有军用卫星

“合成孔径雷达·放大镜”，意大利有军民两用卫星“宇宙一地中海”，前者分辨率为0.5米，后者为1米。日本现役的第二代雷达成像“情报收集卫星”分辨率为1米。以色列的“技术合成孔径雷达”设计寿命为4年，质量只有300千克，其中所载的合成孔径雷达重约100千克，分辨率为1米。印度军民两用的雷达成像卫星1号是自制的，其雷达成像卫星2号由以色列研制，分辨率为1米。

今后，军用高分辨率遥感卫星的发展趋势更多地使用雷达成像卫星，并通过采用平板相控制雷达天线等措施进一步提高其分辨率，采用新的分布式星座来缩短卫星的重访周期；光学成像卫星在获得高地面分辨率的同时，将继续扩大视场宽度，以提高卫星的时间分辨率；组建可实现全球覆盖的小型卫星星座，实施对任何目标的实时或近实时的侦察；发展星载超光谱遥感器，进一步扩展成像侦察范围，增加对隐蔽和伪装目标的识别能力；开发新型战术成像侦察技术，提高侦察技术的传送能力，实现军用高分辨率遥感卫星从战略应用向战术应用扩展；发展小型、低成本和可应急发射的军用高分辨率遥感卫星，它也可军民两用；建造军用和民用高分辨率遥感卫星混编星座，以提高对地观测的效率；研制同时载有光学成像和合成孔径雷达成像2种遥感器的军用高分辨率遥感卫星。

多国角逐民星

一般来讲，分辨率约2米的民用遥感卫星可称为民用高分辨率遥感卫星。美国、德国、印度、以色列和俄罗斯等国都在积极发展民用高分辨率遥感卫星。美国高分辨率遥感卫星大多是小型商用卫星，有多个型号：“艾科诺斯”2号卫星的分辨率为0.82米，幅宽11.3千米；“快鸟”2号卫星的分辨率为0.61米，幅宽16.5千米；“地球之眼”1号卫星的分辨率为0.41米，幅宽15.2千米；“世界观测”2号卫星的分辨率为0.46米，幅宽16.4千米。它们也可以用于军事。

2012年9月9日，法国首颗第4代“斯波特”——“斯波特”6号入轨，它是光学成像卫星，具有质量轻、寿命长、分辨率高的优点。其分辨率为2.5米，幅宽60千米，并能同轨立体成像。该卫星运行在694千米高的太阳同步轨道，质量只有800千克，设计寿命达10年。该卫星上有两台高分辨率相机，每天成像范围250万平方千米。虽然其分辨率和幅宽与第3代“斯波特”一样，但更加敏捷，能执行快速反应任务，每天上传6个任务计划，获取无云图像。它们与2颗已上天的法国“昴宿星”形成互补，满足多样化任务需求，保持系统的宽覆盖能力和图像数据的连续性，因为“昴宿星”虽然分辨率达0.7米，但幅宽只有20千米。

德国“陆地合成孔径雷达-X”是民用和商用高分辨率雷达成像卫星，也是世界首个高精度干涉合成孔径雷达卫星系统，分辨率优于1米，现广泛用于农林管理、地质调查、海事监测等。

印度现有制图卫星1号、2号、2号A、2号B共4颗高分辨率卫星，其最高分辨率为1米。印度正在研制的制图卫星3号卫星的分辨率将达0.3米。

以色列地球资源观测系统一B卫星运行在距离地面540千米高的太阳同步轨道上，观测周期为4天，分辨率为约0.7米，设计寿命6年。其上的遥感器也是1台全色CCD相机，其每行像元数为20000，量化等级为8比特～10比特。星上相机的观测角变化范围为±45°，这是靠平台侧摆来实现的。由于相机观测角变化范围较大，故它有能力获得较多的立体像对。

俄罗斯新一代民用高分辨率光学成像卫星——“资源”-DK的分辨率为1米，其正在研制的“资源”-P卫星的分辨率为0.4米。

2012年，韩国阿里郎3号多用途卫星升空。它载有光学相机，能够拍摄0.7米高分辨率照片，运行在685千米高的轨道。2013年，韩国将发射1米分辨率的雷达卫星。

中国成为后起之秀

近年，我国也在积极研制高分辨率遥感卫星。例如，2012年4月18日，我国首颗民用宽幅带、高空间分辨率遥感卫星——资源一号O2C星正式在轨交付给国土资源部；2012年7月30日，我国首颗高精度民用立体测绘卫星资源三号正式投入使用；2012年9月29日，我国为委内瑞拉研制的委内瑞拉遥感卫星1号上天，这是我国首次向国际用户提供遥感卫星整星出口和在轨交付服务。

2012年投入使用的资源一号O2C星的发射质量约2056千克，设计寿命3年。它装有2台分辨率为2.36米的全色分辨率相机，1台分辨率为5米/10米的全色/多光谱相机，可采用2台全色高分辨率相机拼接的方式提供了54千米的成像幅宽，最大限度提升了高分辨率数据的观测幅宽。在轨测试表明，该卫星所拍图像质量接近或达到国际先进水平，数据质量满足1：2.5万～1：10万国土资源调查监测精度要求；最小监测图斑面积达到0.2亩，满足经济发达地区、重点关注区域资源现状高分辨率调查监测要求；融合影像的属性精度、面积精度、最小监测图斑等指标与常规使用的法国“斯波特”5号、德国“快眼”数据接近。

2012年投人使用的资源三号卫星质量约2650千克，运行在高度约500千米的太阳同步轨道，具有立体测图功能、测国精度高、影像数据量大、处理速度快等特点。它是我国首颗高精度民用立体测绘卫星，装载了一组分辨率为2.1米（正视）和3.5米（前后视）的三线阵立体测绘相机，以及1台空间分辨率为5.8米的多光谱相机，幅宽约50千米，可提供3.5米分辨率立体影像，2.1米全色/5.8米多光谱平面影像。该卫星集测绘和资源调查功能于一体，影像数据覆盖全球逾4.578×108千米，其中覆盖中国领土9.3242×108千米，使我国的测绘方式由大地测绘、航空测绘提升为航天测绘，使我国地图的更新率由过去的平均5年提升为60天。它第一次使我国卫星遥感图像质量达到国际先进水平，第一次实现我国低轨遥感卫星5年设计寿命，大大提升了我国对地观测卫星的应用效益。

2012年9月29日发射委内瑞拉遥感卫星1号采用中国空间技术研究院航天东方红卫星有限公司的CAST-2000卫星平台，装有2台全色/多光谱相机和2台宽幅多光谱相机，其中2台全色/多光谱相机在639千米高的分辨率为2.5米（全色）/10米（多光谱），幅宽为57千米；2台宽幅多光谱相机在639千米高的分辨率达到16米，组合幅宽为369千米，在轨寿命5年。该星具有±35°的快速侧摆机动能力，可保证全色，多光谱相机在4天内对全球任意目标实现重访，宽幅多光谱相机可在3天内实现对全球任意目标重访。它们成像清晰、图像层次丰富。据悉，其全色/多光谱相机是高性能光学小相机，在成像谱段数量、覆盖宽度、动态范围、轻小型化等指标方面，超过了国内外同类型的遥感相机，居国际先进水平。该卫星主要用于委内瑞拉国土资源普查、环境保护、灾害检测和管理、农作物估产和城市规划等。

卫星遥感测绘技术范文

关键词工程地质测绘；地质条件；遥感影像；影像定位

中图分类号P623文献标识码A文章编号1674-6708（2013）82-0106-02

1地质测绘的主要内容

地质人员要在设计前，要精心查明所测地区的地质结构和空间规律。在实施测绘过程中，要对岩石的空间变化规律、基本构造、所处地貌、水文特征及各类地质现象进行勘查。同时要详细查看以前类似资料、编录，细致观看询问当地地质特征与条件，依照一定比例详细做出地形图，将其交给设计部门作为勘查的基础，同时科学编制出高水平的地质图。

2遥感影像技术和特征

2.1遥感技术应用研究

遥感，英文名为RemoteSensing，主要是借助遥感平台上固定的装置传感器在离目标较远的距离上，通过接收目标反射线或者发出的各个波段电磁波能量，并对其进行自动处理与释疑，从而对较远距离上的目标进行探测与识别的技术。通过使用遥感资料，难免得到有关工程地质及时、动态、全面的数字来源，监测地质条件，为保护工程地质环境掌握大量有价值的一手资料。目前，遥感技术已经在我国勘矿、地质环境、煤层勘测研究等方面都有广泛应用。通过遥感技术得到的数据准确性高、信息丰富、范围广阔，在我国航天航空、国有土地规划利用、灾害监测、天气气象、矿产勘采等各个领域都有广泛应用，大大促进了我国经济社会的快速繁荣发展。

2.2遥感影像的特征

1）由于传感器之间相异，造成遥感影像具体像素值不同，这样其得到的波段数值也会不同，所以它的值要靠各个波段对应位置上的值来表示；

2）遥感影像不能实施有损压缩。因为有损压缩可能造成图像信息的损失，相比而言，普通的图像可以压缩而且能节省不少空间；

3）由于传感器的类型不同，所以出现的文件组织形式也大不一样。生产遥感软件的企业种目繁多，造成影像数据的格式相互间不一样，很难通过一种方式进行读取或对影像进行解释。

3三维可视化技术和影像动态在地质测绘中的应用

遥感图像三维可视化及影像动态方法的应用于在现代野外地质测绘中，较传统的地质测绘方法而言具有诸多优势，长期的实践证明采用该种方法取得了较好的效果。

1）以遥感影像为基础，从宏观与微观两方面分析，挑选与设计的观测路线可以全面控制测试地方的地质条件与构造空间的分布，对各类地质影象特征进行研究分析，对地质区分条件和特征进行确定；

2）利用三维技术分析，并且依据测试区确立的解译标志以及地质观测路线可以分布在各方面条件比较好的地方以及岩石单位比较多的地方；

3）地质观测路线通常在与区域构造线方向相垂直，以该方向上的穿越路线为主，同时再根据条件布置上追索路线。若岩性岩相出现比较大的变化，就要设置专门的追索路线来控制，主要目的是了解一些重要接触关系、矿化带和构造空间的延伸状况等。所有这些工作都能借助于遥感图像三维技术很容易地进行实施。

4实践应用

4.1应用于地震灾害中

地震的发生通常是由于地质构造的改变而引起的，因此通过对地震与构造的关系、建立活动构造与地震响应关系、划分不同地震构造类型等内容的掌握，可有效进行地震构造环境的研究。利用卫星影响在震前、震后的信息反馈，与地震活动构造研究相结合，可便于通过卫星影像资料与孕震之间的关系寻求地震预警预报的高效性。及时、准确的大量卫星信息可为地震预报工作提供充分数据分析条件，从而提高地震预报工作的准确性和及时性。

4.2应用于水文地质勘查中

通过卫星反馈的图像、航空相片以及其他的信息反馈，有助于更加准备的掌握各个阶段的水文地质情况，便于将地下水的形成、贮存、流量变化以及流动趋势等变化情况进行详细核查，为地下水的开发利用、排除等工作的开展奠定良好的基础。

1）水文地质测绘。作为一项综合性较强的工作，水文地质测绘通过对卫星遥感技术所获得的信息进行分析研究，能够在较短的时间内得出准确度较高的某地区的水文地质规律信息；

2）地下水资源的调查。通常情况下，卫星遥感技术所传输的信息图像能够较清晰的体现含水层和含水构造的边界，因此在进行地下水资源调查过程中通过该技术的应用能够取得良好的效果。

5地质测绘工作的未来发展走向

1）多元化趋势。在当今科技快速发展的时代，测绘产品的多元化发展方向已经成为一个显著的标志；

2）多样化趋势。产品化的内容主要包括形式上的多样化、精度上的等级化、表现内容上的实用化以及比例尺上的系列化；

3）集成化趋势。当前时展的一个主要趋势就是集成化，以目前“3S”为主要标志的测绘行业集成化产品就是其中一个明显标志；

4）可视化。通过对信息软件技术的引进，以视频、图像等为信息的产品将成为一项主流；

5）实用化。满足日常生活需求，符合现代生活方式节奏、便于携带等实用化趋势日益明显。

上述几点的发展趋势是目前地质测绘工作的一个总体走向，是时代社会发展的必然要求，在新科学技术革命的推动下必将促进测绘在技术、思维意识上的快速发展。

6结论

地质测绘工作有其存在的特殊意义，在信息化时代中先进的信息技术的应用范围在逐步扩大，传统的工作观念与技术必将逐步更新，为我国现代地质测绘工作的开展，提供及时、准确、详实的第一手资料，从而更好的促进社会的建设与发展。

参考文献