遥感测绘卫星全球广域定标定位框架体系

２０１３矩　测绘科学技术学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　２０１３　Ｖ０Ｉ＿３０　Ｎｏ．４　第３Ｏ卷第４期　文章编号：１６７３—６３３８（２０１３）０４．４１６－００８　遥感测绘卫星全球广域定标定位框架体系　张永生　（信息工程大学地理空间信息学院，河南郑州４５００５２）　摘要：针对我国遥感测绘卫星应用的实际需要，提出国境内实体几何定标检定场与国境外虚拟数字定标场　相结合，卫星载荷实测位置／姿态参数与地面大范围基础地理信息几何控制要素相融合，经整体协同处理　构建一种全球广域几何定标与地面目标三维定位的基础框架体系，为测绘卫星影像数据的全球应用提供　一致的控制基础和可靠的定位基准。全球广域定标定位框架体系的建立，主要解决基于参考椭球面的全　球剖分球面网格的构建技术，境内实体几何定标场的设计与实现技术，境外虚拟数字定标场的分布与交叉　定标验证技术，以及卫星载荷实测成像参数与大量地面几何控制数据进行天地协同的融合处理技术。本　文对涉及的相关技术进行了介绍和分析，并对分项试验验证情况进行了讨论。　关键词：测绘卫星；嵩山实验场；几何定标；三维定位；地球剖分网格；全球广域定位　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－６３３８．２０１３．４．００１４　中图分类号：Ｐ２３７；ＴＰ７０１　Ｇｌｏｂａｌ　Ｗｉｄｅ　Ａｒｅａ　Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｏｆ　Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ　ＺＨＡＮＧ　Ｙｏｎｇｓｈｅｎｇ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００５２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ，ｔｈｅ　ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｆｉｌｅｄ　ｅｎｔｉｔｙ　ｂｕｉｌｄ　ｉｎ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｆｉｌｅｄ　ｖｉｒｔｕａｌｌｙ　ｂｕｉｌｄ　ａｂｒｏａｄ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ，ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌｌｙ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｔｔｉｔｕｄｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｌｏａｄ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｍｅｒｇｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｇｅｏｍｅｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｒｏｌ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ，　ａ　ｇｌｏｂａｌ　ｇｅｏｍｅｔｉｒｃ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｒｅｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（３Ｄ）ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｉｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｂａｓｉｓ　ａｎｄ　ａ　ｒｅｌｉｂｌａｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｂｅｎｃｈｍａｒｋ　ｆｏｒ　ｌｇｏｂａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｓａｔｅｌ—　ｌｉｔｅ　ｉｍａｇｅｒｙ．Ｔｈｅｎ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｂｕｉｌｄ　ａ　ｇｌｏｂａｌ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ，ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｒｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｉｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｌｏｂａｌ　ｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｇｒｉｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｅｌｌｉｐｓｏｉｄ　ｓｕｒｆａｃｅ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ　ｏｆ　ｇｅｏｍｅｔｉｃ　ｃａｌｉｒｂｒａｔｉｏｎ　ｆｉｅｌｄ　ｉｎ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｙ，ｔｈｅ　ｄｉｒｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｒｏｓｓ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｆｉｅｌｄ　ｂｕｉｌｔ　ａｂｒｏａｄ　ｖｉｒｔｕａｌｌｙ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｅｒｇｉｎｇ　ｏｆ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｔ—　ｅｌｌｉｔｅ　ｌｏａｄｅｄ　ｗｉｔｈ　ｇｒｏｕｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄａｔａ．Ａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ａｂｏｖｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｈｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ；Ｓｏｎｇｓｈａｎ　Ｔｅｓｔ－－ｉｆｌｅｄ；ｇｅｏｍｅｔｉｃ　ｃａｌｒｉｂｒａｔｉｏｎ；ｔｈｒｅｅ—・ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ；ｇｌｏｂａｌ　ｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｇｒｉｄ；ｇｌｏｂａｌ　ｗｉｄｅ　ａｒｅａ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　我国“天绘一号”（ＴＨ一１）（０１，０２星）及“资源　三号”（ＺＹ一３）３颗遥感测绘卫星在轨运行以来，　已经获取大量的对地观测数据。在全球范围挖掘　影像数据资源。但要达到定量化的测绘应用要　求，还必须妥善地解决两方面的技术保障问题。　一方面，是要提供满足卫星对地观测数据全球定　航天测绘数据资源的潜力和应用效益，则成为摆　在技术人员面前的紧要任务，同时也是应对我国　国家利益向全球拓展的客观要求。　测绘卫星连续的业务化观测，为面向全球的　位的精确时空基准，特别是适宜全球立体测绘的　空间基准；另一方面，是对地观测传感器在轨运行　期间时间间隔合理、精度较高、结果可靠的几何定　标和辐射定标的技术手段，尤其是几何定标的水　平和能力对目标定位精度影响十分显著。因此，　广域基础地理信息采集和目标定位提供了丰富的　收稿日期：２０１３．０６　１３；修回日期：２０１３—０８—０８。　基金项目：国家重大科技专项项目（０４０４０１０５０４）；国家９７３计划项目（６１３９９０２）；国家８６３计划项目（２０１２ＡＡ１２Ａ３０２－５）。　作者简介：张永生（１９６３一），男，河南舞阳人，教授，博士，主要从事航天遥感工程、遥感信息处理与应用等研究。　第３Ｏ卷第４期　张永生：遥感测绘卫星全球广域定标定位框架体系　４１７　面向测绘应用就要优先落实空间基准和几何定标　的技术实现问题。　生变形。当区域较小时产生的变形可以忽略，但　是对于全球数据组织，投影产生的变形和精度损　失就不可忽视。虽然利用分带投影可对投影变形　就空间基准而言，国际通行的ＷＧＳ８４坐标系　和我国的ＣＧＣＳ２０００坐标系，其地心坐标、地球椭　进行控制，但是又产生了数据不连续性即数据裂　球参数存在的细微差别，对遥感测绘应用不会产　生实质性影响。因此，全球范围地面目标在地球　椭球上的地理坐标（经、纬度）和大地高，采用上　述两个坐标系作为基准框架均可视为一致。地面　目标以大地水准面为参照的高程基准，情况就比　较复杂。世界各国高程起算面多有差别，在国际　上未能公开提供全球高精度重力场模型的情况　下，大地水准面的精化也将是一项有待长期努力　攻克的科学任务，因此高程基准尚难以统一。有　鉴于此，从我国测绘卫星数据资源全球化应用的　需求出发，首先，需要建立基于ＣＧＣＳ２０００坐标系　及相应椭球参数为空间基准的定位框架，在几何　椭球面上进行多级空间网格剖分，构建适用于遥　感卫星数据全球三维定位的球面网格参考框架体　系。其次，通过在国境内布设的地面实体化几何　定标场，以及在国境外虚拟设置的数字化几何定　标场，持续业务化地实施对星上任务载荷几何定　标参数的校正与优化，从而，为改善和保持定位精　度奠定基础。此外，以大地水准面起算的高程，则　需要分区域、分阶段依据高程控制点（及大地水　准面精化成果）逐步进行计算和改化，通过长期　累积等效地建立起全球统一的高程框架。本文针　对建立遥感测绘卫星全球广域定标定位框架体系　的基本思想、基础理论、技术方法进行分析和设　计，并给出了初步的实验结果。　１全球球面网格剖分与多级框架体系　１．１建立全球球面网格体系的必要性　现有的全球数据组织与应用分析系统多采用　的是传统的平面数据模型，即通过地图投影把球　面数据变换到平面上进行分析和处理，解决了球　面不可展的矛盾，从而建立起球面空间与平面空　间的一一对应关系。在地理信息更新比较缓慢的　时期，信息的承载体主要是平面的，因此采用平面　的记录和处理方式是可行的。但是，在卫星观测　数据大量快速获取的情况下，这样的方式已经难　以适应实际需要，原因在于：　１）丰富的投影类型为空间数据处理提供了　很多的选择，但是各国采用不同的投影方法，给全　球数据的管理和共享带来了很大的困难。　２）从球面到平面的投影过程不可避免的产　缝的问题。　３）非欧氏空间与欧氏空间的映射变换，将引　起度量空间的变化，从而使大范围欧氏空间的距　离、方位等计算不可靠，进而导致平面的拓扑理论　和操作来进行全球地理数据的空间分析将可能得　出错误的结果。　４）传统的欧氏空问格网已不能满足全球海　量卫星数据的多分辨率表达。从对全球的覆盖观　测到对重点区域的详查，进而获得热点地区由低　到高不同分辨率的空间数据，需要一种多尺度数　据模型更好地支持从背景到目标、从整体到局部　的空间观测视角，以保证数据间的平滑过渡以及　目标自身的叠加与融合。　因此，为满足卫星观测数据与地理空间信息　表达全球性、连续性、层次性和动态性的客观要　求，就需要研究和发展非欧氏的空间数据模型，即　直接在球面建立全新的空间定位参考框架。　全球离散格网系统ＤＧＧＳ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｇｌｏｂａｌ　Ｇｉｒｄ　Ｓｙｓｔｅｍ）是基于球面连续递归剖分的一种全　球格网，它是对球面进行无限递归细分、拟合地球　表面、具有全球无缝性和层次性的一种格网框架，　具有多层次性和全球连续性特征，避免了平面投　影产生的各种变形及其数据裂缝问题。此外，不　同层次的格网单元在记录位置信息的同时携带了　比例尺和精度信息；每一个格网单元又具有全球　唯一的地址编码，采用每个格网单元的地址编码　代替地理坐标在球面上进行操作¨Ｊ，是解决传统　格网投影模型无法适用于全球范围数据组织与应　用的良好途径。　按照构建格网剖分方法的不同，全球离散格　网主要分为经纬格网、正多面体格网、自适应格网　３大类。各种方法的优势有所差异，其中基于正　多面体的新型剖分格网优势和潜力比较突出，广　受学术界重视，本文重点进行分析和探讨。　１．２基于正多面体的六边形剖分网格　文献［１－２］研究了基于二十面体上的六边形　全球剖分格网（如图１所示）。与经纬格网相比，　正多面体格网具有多层次性、多分辨率性和格网　大小近似均等性，使全球空间数据能忽略投影的　影响，适合于球面空间数据组织与建模。　建立球面格网需要明确平面与球面的对应关　第３０卷第４期　张永生：遥感测绘卫星全球广域定标定位框架体系　４１９　剖分层次≤１０时，采用地图投影变换的方法生成　球面离散格网或进行数据转换，当剖分层次＞１０　时，在第１０层球面格网的基础上，进行平面格网　剖分、平面数据转换等工作即可，这样就可避免复　杂的投影计算，简化数据处理过程，显著提高作业　效率。　表１球面离散格网各级单元的尺度与误差　层数　平均面积／ｋｍ　２　３　４　５　平均半径／ｋｉｎ　１　４６０．８０８　ｌ　７３６．４３２　３　３６８．９８１　４　１８４．５８６　７　平均曲率误差／ｍ　层数　１６９　７３５．３６２　５　４２　７０５．６６８　０　１０　６９３．８８３　８　２　６７４．５７０　２　平均面积／ｍ　２１　１１２．６９４　９　５　２７８．１７３　７　１　３１９．５４３　４　３２９．８８５　９　平均半径／ｍ　９０．１４５　９　４５．０７２　９　２２．５３６　５　１１．２６８　２　平均曲率误差／ｍ　０．０００　６３８　０．０００　１５９　０．ｏｏＯ　０４０　０．００Ｏ　ＯｌＯ　５　５４４　１９１．６１４　５　１　４０９　０２１．０７３　３　３５３　７２０．９６２　９　８８　５２２．３２３　６　１６　１７　１８　１９　６　７　８　９　１０　２２　１３６．３４３　６　５　５３４．４＿４６　２　１　３８３．６３４　１　３４５．９０９　９　８６．４７７　６　９２．３０５　４　４６．１５４　２　２３．０７７　３　１１．５３８　７　５．７６９　３　６６８．７ｌ１　４　１６７．１８２　１　４１．７９５　８　１０．４４９　０　２．６１２　２　２０　２１　２２　２３　２４　８２．４７１　５　２Ｏ．６１７　９　５．１５４　５　１．２８８　６　０．３２２　２　５．６３４　ｌ　２．８１７　１　１．４０８　５　０．７０４　３　０．３５２　１　Ｏ．ｏｏ０　００２　０　０　０　０　１１　ｌ２　１３　１４　２１．６１９　４　５．４０４　８　１．３５１　２　０．３３７　８　２．８８４　７　１．４４２　３　０．７２１　２　０．３６０　６　０．６５３　１　０．１６３　３　０．０４０　８　０．０１０　２　２５　２６　２７　２８　０．０８０　５　０．０２０　１　０．００５　０　０．００１　３　０．１７６　１　０．０８８　０　０．０４４　０　０．０２２　０　０　０　０　０　１５　０．０８４　５　０．１８０　３　０．ｏｏ２　６　２９　Ｏ．Ｏｏ０　３　Ｏ．Ｏｌ１　Ｏ　Ｏ　２椭球面格网剖分精化及可视化应用　２．１　间接椭球面剖分的精化方法　｛　．　球上的纬度和经差。　㈩　式中，Ｂ和Ｌ为椭球上的纬度和经差；　和△Ａ为　第１节所述的多级球面网格剖分，是把一个　逼近地球椭球的正球体的标准球面作为剖分对象　进行处理。事实上，随着剖分层次的增加，网格单　元的分辨率随之越来越高，此时再用标准球面近　似代替地球的参考椭球面显然不能满足高精度应　用的需要。因此，将球面网格扩展到椭球面是网　格模型实用化必须解决的剖分精化问题。　在椭球面上构建离散网格，有直接剖分和间　接剖分两种方法。直接剖分在椭球面上进行，由　于几何要素之间具有较严格的数学关系，因此在　理论上不存在误差。缺点是椭球面上几何要素之　间的关系复杂，球面上一些重要的性质在椭球面　上不复存在，现有算法很难或者根本不可能直接　应用在椭球面上。间接剖分是在平面或标准球面　上预先生成网格，然后再投影到椭球面上，由于平　图４球面和椭球面的相对位置　由以上规定可知，球面上的经线和纬线投影　到椭球面上仍然正交，故经纬线方向是主方向，其　长度比即为最大和最小长度比。球面上经线和纬　面或球面上点、线、面之间的几何关系简单明确，　因而初始网格的生成比较方便。由于涉及投影变　换，因而不可避免地也会产生一些变形。下面分　析有实际应用价值的椭球面间接剖分方法。　线的微分弧段为ｄｓ　＝　ｄ　，ｄｓ　＝Ｒｅｏｓ　；椭球　面上微分弧素为ｄｓ　＝ＭｄＢ，ｄｓ　：Ｎｃｏｓ　ＢｄＬ（Ｍ　和』、ｒ分别为卯酉圈曲率半径和子午圈曲率半　径）。由此可得经线和纬线的长度比为　ｄｓ　—　如图４所示，为简化数学模型，规定椭球体和　正球体的赤道面重合，球面上的纬线圈投影到椭　球面上仍为纬圈，其纬度间存在一定的函数关系，　ＭｄＢ　’　（２）　ｄｓ　Ｎｃｏｓ　Ｂ　’　经线圈仍为经线圈，因此两个面上的经纬度有如　下函数关系：　面积比为　测绘科学技术学报　２０１３正　４　嵩山实验场卫星立体影像定位实验　４．１　基于ＲＰＣ模型区域网平差的定位方法　卫星影像的提供者通常可为用户交付立体影　像及隐含传感器（相机）成像时刻位置和姿态信　息的一组ＲＰＣ模型参数。目前，ＲＰＣ模型一般都　采用“地形无关”［７－１４］的方式生成，也就是先利用　严格成像模型生成虚拟控制格网，然后拟合得到　ＲＰＣ参数，用于生成ＲＰＣ模型的严格成像模型。　其中的相机参数通过发射前检定或在轨检定确　定，而外方位数据则利用卫星轨道、姿态控制系统　直接获取并转换得到。如果不进行严格的几何定　标处理，初始数据的像方误差都比较大。其误差　主要是由相机参数和星历、姿态数据的误差造　成。由于卫星定轨目前可达到十几米的量级，因　此ＲＰＣ模型的误差绝大部分是由卫星姿态测量　误差引起。因此，提高卫星影像的定位精度，需要　进行基于ＲＰＣ模型的区域平差处理。　共线条件方程中的内、外方位元素经过变换　处理，得到的ＲＰＣ参数已不具有物理意义，通过　平差直接更新ＲＰＣ参数相当困难。ＲＰＣ模型的　光束法平差，都是在假定ＲＰＣ模型误差为系统误　差的前提下，通过引入对物方或像方坐标的变换　来提高ＲＰＣ模型的精度。美国学者Ｇｅｏｄｅｃｋｉ率　先对ＲＰＣ模型的区域网平差方法进行了研究，提　出了基于物方和像方的平差方案，成为高分辨率　卫星影像ＲＰＣ模型光束法平差的标准方法¨　。　Ｇｅｏｄｅｃｋｉ认为，ＲＰＣ模型中像点坐标（Ｃ，Ｒ）　的系统误差ＡＣ和ＡＲ可表示为（Ｃ，尺）的多项　式　Ｊ。实际应用中一般采用一次项即可有效补　偿像点坐标的系统误差，也就是对像坐标做仿射　变换　△Ｃ＝ｅｏ　＋ｅ￣Ｃ　＋ｅｒＲＡＲ　ｆｏ：＝　＋　｝ｃＣ＋ｆ　ｒＲ．．；）＼　（５）　式中，ｅ。，ｅ　，ｅ，和　为仿射变换系数。考虑到　像点坐标的系统误差ＡＣ和ＡＲ，ＲＰＣ模型可扩展　为　Ｆ　：ｅ０十　＋ｅ２尺：ｃｓ　＋ｃ。；　Ｐ２　ｕ，　，Ｗ　（６）　：ｆｏ＋Ｌｃ＋ＡＲ：Ｒｓ　＋　ｐ４　“，Ｖ，加　式（６）即为本文采用的ＲＰＣ模型区域网平差　的数学模型。以仿射变换参数ｅ。，ｅ　，ｅ　，ｆｏ　和地面坐标　，Ａ，ｈ为未知数，将Ｆ　，　按照泰勒　级数展开到一次项，得　Ｆ５＝—　８Ｆ　ｄ　ｏ＋ｖ　ａＦ　－ａｄ　ａＦ，　１＋ｖ　－ａｄ。２＋　ｖ．Ｓｄ　＋　Ｆ　ａＦ　ｄｆ，＋　ａＦ　＋　甄——二ｄ　＋——二ｄＡ＋—＿・ＯＦｓ　＋　＋　ｄ　＋　＋Ｆ　。；；　８七ｔ　８　ａｈ　‘　（７）　ａＦｌ　ａＦｆ　ａＦ　＝　ｄｅｏ＋　ｄｅ１＋　ｄｅ２＋　Ｏｅｎ　Ｏｅ１　ｄｅ，　８Ｆｉ　８Ｆ　Ｔ　８Ｆｆ　＋　＋　＋　ＯＦＬ——　ｄ击＋——　ｄＡ＋——　＋　＋一ｄｈ　＋ＦＬ￣Ｆ　０西　。　Ａ　Ｏｈ　＋　．　式（７）中的各偏导数参见文献［１２］。式（７）　就是ＲＰＣ模型光束法平差的基本误差方程。　４．２　定位实验及分析　本文采用像方平差方案对ＴＨ．１和ＺＹ一３三线　阵影像的ＲＰＣ模型进行精化及定位实验。实验　的ＴＨ一１和ＺＹ．３三线阵卫星影像分别拍摄于　２０１１．０３—１８及２０１２．０２—０３。实验区位于嵩山实验　场范围，西起嵩山，东临郑州，测区地势西高东低，　大部分为山区地形，最高处为嵩山主峰峻极峰　（海拔１　４７２　ｍ），高差超过１　３００　ｍ。实验场内已　经布设了高精度的地面控制点（ＧＣＰ）网，本次实　验采用其中的４５个控制点均由全野外控制测量　获得（如图９所示），平面精度为０．１　ｉｎ，高程精度　为０．２　１ＴＩ。　图９　嵩山实验场控制点分布不恿图　第１组实验，利用嵩山实验场的ＴＨ一１三线阵　影像开展了ＲＰＣ区域网平差计算，选取３０个外业　点，分别选取了２，４和６个控制点（ＧＣＰ），其余点　作为检查点（ＧＫＰ）用于精度检核。第２组实验，　针对ＺＹ．３三线阵影像开展了ＲＰＣ区域网平差计　第３Ｏ卷第４期　张永生：遥感测绘卫星全球广域定标定位框架体系　４２３　算，选取４５个外业点，分别选取了２，４和６个　ＧＣＰ，其余点作为ＧＫＰ用于精度检核。选点过程　中力求在平面和高程方向分布均匀，所有检查点　均参与平差。通过对ＴＨ一１和ＺＹ一３卫星数据的分　析表明，未经严格几何定标的数据，地面点定位误　差均较大，绝对位置误差均在百米以上量级，不能　直接用于测绘作业。为此，实验中针对每个影像　均引入了一组误差补偿参数，当控制点数量少于　３个时，仅采用２个平移参数，否则采用６个仿射　变换参数。不同控制点参与平差统计出的检查点　定位中误差如表２和表３所示。　表２　ＴＨ－１影像ＲＰＣ模型区域网平差精度统计　ｍ　从表２和表３可以看出，控制点的引入对于卫　星影像ＲＰＣ模型精度的改善效果是非常明显　的。即使仅引入２个控制点，对像点坐标进行常　数项的改正，ＲＰＣ模型的定位精度就能得到较大　提高，但此时误差数值仍然较大，仍不能满足１：５　万比例尺测图的精度要求。当控制点数量达到４　个时，通过引入仿射变换参数，ＲＰＣ模型的系统　误差得到了充分补偿，按照现行规范已经能满足　１：５万测图的精度要求。　５　结论　我国遥感测绘卫星数据的全球化应用，需要　建立一整套基于全球框架的几何定位基准和广域　定标定位体系。本文的研究给出了对相关框架体　系的基本描述、设计方法，对涉及到的部分关键技　术进行了初步实验。主要结论如下：　１）利用全球网格剖分的方式，可有效地建立　适用于遥感测绘卫星全球数据一体化组织的体系　和定位空间基准。　２）通过在全球分布的实体、数字定标场，构　建虚实结合的广域定标框架，可为我国遥感测绘　卫星的全球测绘提供自主的基础定位支撑。　３）境内实体化遥感实验场的地面控制网，对　于我国测绘卫星立体影像的高精度定位提供了较　好的测试基准。　致谢：感谢李德仁院士、薛永祺院士、龚健雅院士对实验场设　计和建设工作的指导。天绘卫星中心、中国资源卫星应用中心提　供了实验数据的宝贵支持，信息工程大学王涛、刘军、戴晨光、范　大昭、贲进、童晓冲、纪松博士等分别参加了各阶段的实验和分析　．Ｙ－作，对本文也有贡献。在此一并表示感谢！谨以此文祝贺高俊　院士８０寿辰！　参考文献：　［１］ＳＡＨＲ　Ｋ，ＷＨＩＴＥ　Ｄ，ＫＩＭＥＲＬＩＮＧ　Ａ　Ｊ．Ｇｅｏｄｅｓｉｃ　Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｇｌｏｂａｌ　Ｇｒｉｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｙ　ａｎｄ　Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００３，３０（２）：１２１—１３４．　张永生，贲进，童晓冲．地球空间信息球面离散网格［Ｍ］．北　京：科学出版社，２００７：９－１９．　童晓冲．空间信息剖分组织的全球离散格网理论与方法　［Ｄ］．郑州：信息工程大学，２０１０：１３６—１５１．　ＳＵＥＳＳ　Ｍ，ＥＳＴＥＣ　Ｎ，ＭＡＴＯＳ　Ｐ，ｅｔ　ａ１．Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　ＳＭＯＳ　Ｌｅｖｅｌ　ｌｃ　Ｄａｔａ　ｏｎｔｏ　ａ　Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｇｌｏｂａｌ　Ｇｒｉｄ［Ｃ］／／Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ（ＩＧＡＲＳＳ＂０４）．　Ａｎｃｈｏｒａｇｅ，ＡＫ，２００４（３）：１９１４－１９１７．　［５］李德仁．我国第一颗民用三线阵立体测图卫星——资源三　号卫星［Ｊ］．测绘学报，２０１２，４１（３）：３１７—３２２．　［６］张永生．高分辨率遥感测绘嵩山实验场的设计与实现［Ｊ］．　测绘科学技术学报，２０１２，２９（２）：７９—８２．　［７］ＫＩＤＤ　Ｒ　Ａ，ＴＲＯＭＭＬＥＲ　Ｍ，Ｗａｇｎｅｒ　Ｗ．Ｔｈｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ａ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ｔｉｍｅ－ｓｅｒｉｅｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＳｅａＷｉｎｄｓ　Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｅｒ　Ｄａｔａ［Ｃ］∥Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　（ＩＧＡＲＳＳ’０３）．２００３（６）：　４１　１０．４ｌ１２．　［８］ＪＡＣＥＫ　Ｇ．ＩＫＯＮＯＳ　Ｓｔｅｒｅｏ　Ｆｅａｔｕｒｅ　Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ—ＲＰＣ　Ａｐｐｒｏａｃｈ　［Ｃ／ＣＤ］∥ＡＳＰＲＳ　２００１　Ａｎｎｕａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ．　Ｓａｉｎｔ　Ｌｏｕｉｓ，２００１．　［９］ＴＡＯ　Ｃ　Ｖ，ＨＵ　Ｙ．３Ｄ　Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｒａｔｉｏｎａｌ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　Ｔｈｅｉｒ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ＩＫＯＮＯＳ　Ｓｔｅｒｅｏ　Ｉｍａｇｅｒｙ［Ｃ］∥Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ“Ｈｉｇｈ　Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ｍａｐｐｉｎｇ　ｆｒｏｍ　Ｓｐａｃｅ　２００１”．Ｈａｎｎｏｖｅｒ，２００１：２５２—２６３．　［１０］ＴＡＯ　Ｃ　Ｖ，ＨＵ　Ｙ．Ａ　Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｒａｔｉｏｎａｌ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　Ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｉｃ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ［Ｊ］．ＰＥ＆ＲＳ，　２００１，６７（１２）：１３４７－１３５７．　［１１］刘军．高分辨率卫星ＣＣＤ影像定位技术研究［Ｄ］．郑州：信　息工程大学，２００３：２６－４０．　［１２］张永生，刘军．高分辨率遥感卫星立体影像ＲＰＣ模型定位的　算法及其优化［Ｊ］．测绘工程，２００４，１３（１）：１－４．　［１３］ＪＡＣＥＫ　Ｇ，ＧＥＮＥ　Ｄ．Ｂｌｏｃｋ　Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ－Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｉｍａｇｅｓ　Ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｂｙ　Ｒａｔｉｏｎａｌ　Ｐｏｌｙｎｏｍｉｌａｓ［Ｊ］．　ＰＥ＆ＲＳ，２００３，６９（１）：５９—６８．　［１４］刘军，张永生，王冬红．基于ＲＰＣ模型的高分辨率卫星影像　精确定位［Ｊ］．测绘学报，２００６，３５（１）：３０—３４．　责任编辑　陈四清