P5卫星影像在铁路航测项目中的应用分析

摘要：针对铁路选线和粗测阶段对地形图的要求，文章结合相关理论，以印度IRS-P5卫星立体像对为例，对IRS-P5卫星影像在铁路航测项目中使用精度及控制点布设策略进行实验，并结合铁路勘察设计应用要求，对IRS-P5立体测图的精度和流程进行了分析。

关键词：IRS-P5卫星影像；铁路航测项目；布设策略；铁路勘察设计；立体测图

中图分类号：P236 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）36-0070-02

近几年航天遥感技术的迅速发展，特别是轨道控制技术、高灵敏度与高精度的传感器研制技术、高分辨率卫星影像几何处理技术的发展，促使卫星立体摄影测量技术的应用变为现实。相比传统航空摄影测量，卫星影像具有获取速度快、地面覆盖范围大、影像光谱信息和辐射信息丰富等优势。我国铁路项目目前的现状是外业勘测和传统航测为主，存在着效率低、成本高、周期长、境外或城市枢纽项目航飞困难等缺点。因此，在铁路测绘行业利用卫星影像制作地形图具有很强的实用性，对提高铁路勘察的工作效率和丰富勘察设计技术手段具有重要意义。针对铁路选线和粗测阶段对地形图的要求，本文将以印度IRS-P5卫星立体像对为例，并结合铁路勘察设计应用要求，对IRS-P5立体测图的精度和流程进行

分析。

一、IRS-P5卫星立体测量原理

IRS-P5卫星是印度政府于2005年5月5日发射的遥感制图卫星，该卫星采用2.5m分辨率的双全色传感器构建同轨立体像对，并利用地面站提供的严密物理模型信息精确计算轨道，实现高精度的立体观测。

IRS-P5卫星采用有理函数模型（RFM-Rational Function Model）实现立体摄影测量，它是一种普遍使用于恢复遥感影像成像的几何关系模型，它通过有理多项式比值函数把一个三维空间的对象映射为二维影像空间的像素。映射关系可以通过下述的比值多项式表达：

（1）

为正则化的三维空间（物方）坐标；为正则化的影像（像方）坐标；

式（1）中的分子分母常采用三次多项式表示，一般表示为：

（2）

分子分母均可以表示为包含20项的三次多项式，每一个三次多项式都包含20个系数，一共80个系数，这些系数一般称为有理多项式系数（Rational Polynomial Coefficents――RPC），由卫星方提供。

RFM描述了像点坐标与其对应的地面点坐标之间的变换关系，即利用左右影像的RFM解算出同名像点的地面坐标；也可以利用RFM由地面目标的三维坐标推算出立体模型中影像上的像点坐标。这就是EFM立体模型构建的原理。

根据RPC参数虽然可以构建立体模型，但遥感数据中向用户提供的RPC参数只是根据卫星星历和姿态数据，经过严格的传感器模型计算得到，所能达到的精度不是很高（一般都在几十米到几百米之间），不能满足生产的需要。因此，在实际生产中还必须用地面控制点来提高精度。

二、IRS-P5卫星立体测图精度分析实验

本实验将以国外某铁路项目为例，实验目的即利用该区域内的两对P5立体像对完成铁路带状区域内1∶25000和1∶10000地形图的制作任务，实验区主要为III级地形，兼顾存在小部分I级地形，实验区面积约20平方公里。其区域及控制点分布如图2，共21个，检测点的分布为山区1、2号区域，平原地区3号

区域。

外业控制点 坐标系统为独立坐标系，其采用UTM-47度带投影，参考椭球为Everest1830椭球，基准面为某独立基准面。

（一）实验过程

采用IPS-P5卫星进行立体像对组合，在RPC参数辅助下实现立体观测，并辅以地面控制点改正来逐步提高空三精度。实验过程兼顾考虑地形等级，控制点数量，控制点布设策略下的空三精度，并在采集的地形图采用相同的精度检测区域进行成品的精度验证。

（二）实验精度分析

实验得到不同控制点分布时的地形图精度如下（单位：米）：

从上面的实验及上表的对比中可以看出：精度随着控制点的增加逐步提高，在控制点个数大于6个时，其精度变化趋于稳定。

三、应用策略分析

与传统航测成图比较，卫星立体测图有自己明显的优势，卫星立体测图也在很大程度上能够满足铁路勘察设计部分阶段的应用，结合地形图制作内业规范相关精度指标，从试验结果分析可以得出如下结论：

依据铁路工程中航空摄影测量规范的精度要求，IRS-P5在铁路勘测项目中可以制作1∶10000，1∶25000和1∶50000比例尺地图，地形图等高线间距可以达到10米。

在控制点布设策略上，推荐采用6个控制点加连接点的布设策略。

参考文献

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[5] 张永．高分辨率遥感卫星应用[M]．北京：科学出版社，2004.

[6] 新建铁路工程测量规范（TB10101-99）[S]．

作者简介：吴昊（1985-），男，内蒙古包头人，铁道第三勘察设计院集团有限公司助理工程师，研究方向：航测遥感。