卫星影像在测绘中的应用

4.6.1　卫星测图

使用航空像片测绘地形图的技术已相当成熟，它的进一步发展是与计算机和自动控制技术结合起来，实现测图自动化。但航空像片覆盖面积小，全世界那么大的地方不可能在短时间内拍摄全部的陆地，并且价格昂贵。而卫星像片覆盖面积很大，能在短时间内对全球摄影一遍，还可进行重复摄影。随着分辨率的提高，测图比例尺也在不断提高。

1.卫星测图现状

1986年法国SPOT卫星的成功发射为卫星影像在测绘中的应用带来了重大影响。这颗卫星的传感器具有10m的地面分辨率，并能通过侧视观测在相邻轨道间构成异轨立体，其良好的基高比使SPOT影像适用于立体测图。随后，一系列中分辨率遥感卫星如IRS、MOMS等相继投入使用，这些卫星影像主要用于绘制大范围、小比例尺的地形图，而仍不能用于绘制大比例尺(1∶10 000，1∶2 500，1∶1 250)地形图。20世纪90年代末至21世纪初，高分辨率遥感卫星IKONOS、OrbView-3的出现，开创了卫星影像测图的新纪元。IKONOS和OrbView-3的影像空问分辨率均达到了1m，可以绘制1∶10000的地形图。目前，分辨率高达0.5m的卫星WorldView-1、WorldView-2和OrbView-5正在研制中。一旦这些卫星投入使用，它们将进一步推动卫星影像测图的发展。随着空问分辨率的不断提高，立体成像能力的逐步增强，影像的获取价格也将呈现出下降的趋势，则卫星测图将会得到越来越多用户的认可。

2.卫星影像测图的原理

高分辨率遥感卫星大多采用线阵列推扫式CCD传感器，可在沿轨方向上通过前后视或者前(后)与正视影像来获取同轨立体像对，而在横轨方向上以一定角度左右侧视获取异轨立体像对。线阵CCD传感器的成像方式不同于传统的中心投影成像，而是由中心投影和线阵扫描联合构成影像，即每一扫描行影像与被摄物体之间具有严格的中心投影关系，并且都有各自的外方位元素，行与行之间是平行的投影关系。以扫描行方向为x方向，飞行方向为y方向，建立瞬时像平面坐标系，设第i扫描行的外方位元素为X_Si、Y_Si、Z_Si、φ_i、ω_i、κ_i，则瞬时构像方程式为:

式中:

线阵CCD影像各扫描行的外方位元素随时间变化，并且存在很强的相关性，通常要精确地求解每一扫描行的外方位元素是不可能的。由于星载CCD传感器受外界阻力小，飞行轨道平稳，姿态变化率小，因此在一定范围内，可以近似为外方位元素随时间线性变化。假设每幅影像的像平面坐标原点在中央扫描行的中点，则可认为各扫描行的外方位元素随y值线性变化，这样就可以将外方位元素表示为如下形式:

根据卫星影像提供的星历数据、卫星姿态及轨道数据，结合卫星影像的成像模型来确定多中心投影的构像方程，然后利用地面控制点采用空间后方交会分别计算线阵CCD立体像对左右影像的定向参数，最后应用前方交会的原理，根据同名像点的影像坐标求得相应的地面坐标。

3.典型的立体测图卫星

其他已发射和近期待发射的用于立体成像的卫星列于表4-6-1。从表中可以看出，同轨立体成像在逐步替代邻轨立体成像。

表4-6-1　各种典型的立体测图卫星

续表