1:250001:50000光学测绘卫星几何检校技术规范

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GB/T40523一2021 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 总则 4.1检校内容 4.2精度要求 4.3检校流程 5 检校条件 5.1卫星数据获取条件 5.2 检校控制数据条件 检校项目和方法 6.1检校项目 6.2检校方法 检校精度验证 检校后影像产品生产 7.1 7.2检校精度验证 检校结果及检校周期 8.1检校结果 8.2检校周期 质量控制和记录要求 附录A(资料性附录人工标志布设样例 附录B资料性附录外定向检校方法 附录c(资料性附录)基于指向角的内定向几何检校方法 附录D(资料性附录)基于畸变参数的内定向几何检校方法 附录E(资料性附录检校结果示例
GB/40523一2021 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由自然资源部提出 本标准由全国地理信息标准化技术委员会(SAC/TC230)归口 本标准起草单位:自然资源部国土卫星遥感应用中心 本标准主要起草人;唐新明、祝小勇、张过、范大昭、刘小强、付兴科、王霞、王甄铭、窦显辉、李傲
GB/T40523一2021 1:250001:50000光学测绘卫星 几何检校技术规范 范围 本标准规定了1:25000、1:50000光学测绘卫星几何检校的总体要求、检校条件、检校项目和方 法、检校精度验证、检校结果及检校周期 本标准适用于l:25000、l:50000光学测绘卫星在轨几何检校 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T356421:250001:50000光学遥感测绘卫星影像产品 CH/T2009全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范 CH/T30191:250001:50000光学遥感测绘卫星影像产品生产技术规范 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 卫星传感器几何检校sateitesensorsgeometricealibrationm 采用卫星地面检校设施或满足几何精度要求的已有地理信息数据(包括数字正射影像和数字高程 模型等),定期对测绘卫星传感器的内外定向参数进行解算,建立传感器严密几何模型的过程 3.2 卫星传感器内定向参数interiorortentationparametersofsatetesenswrs 描述卫星影像像点在像方空间坐标系中的位置所需要的参数 注:卫星传感器内定向参数包括像主点坐标、主距、畸变参数等 3.3 卫星传感器外定向参数 exteriororientationparametersofsatellitesensors 描述卫星传感器摄影光束在物方空间坐标系中的位置和方位的基本参数及其随时间的变化量 注卫星传感器外定向参数包括卫星轨道测量数据、摄影中心与轨道测量的偏移量、卫星姿态数据,偏置矩阵等 3.4 偏置矩阵alignmentmatrix 卫星传感器在像方空间坐标系中的实际观测方位与卫星姿态测量方位之间夹角所构成的正交旋转 矩阵 3.5 指向角pointingiedangle 卫星传感器成像器件的探元在像方空间坐标系中的位置矢量与X、Y轴的夹角 3.6 人工标志artifieialtarget 人工预先布设的、在卫星遥感影像上易于识别的特征目标
GB/T40523一202 注:改写GB/T149502009,定义4.132 总则 4.1检校内容 检校内容包括监测卫星传感器成像几何精度,定期解算探元指向角、偏置矩阵、主点、主距等参数及 其随时间的变化量，减少成像过程中存在的系统误差及其随时间的累积误差,建立传感器严密几何 模型 4.2精度要求 光学测绘卫星的内定向检校精度应采用指向角角度转换为像元表示,中误差应优于0.3像元;外定 向检校精度应采用卫星姿态角转换为像元表示,中误差应优于1像元 4.3检校流程 几何检校流程见图1,具体如下 检校任务设计 根据卫星传感器几何精度监测数据,确定检校任务,进行检校任务设计,主要 a 包括明确检校范围,制定成像计划,设计检校和验证方法等 卫星影像获取 根据检校任务设计,针对检校区域制定成像计划,获取卫星影像 b 检校控制数据获取 利用高分辨率地面参考数据(DoOM,DEM)和待检校卫星影像,采用高精 度影像匹配算法获取密集均匀分布的匹配控制数据;或同时开展人工标志布设工作,对标志影 像提取像点坐标,获取人工标志控制数据 d 检校参数解算 根据获得的检校控制数据,结合精密定轨数据、精密定姿数据,成像时间数据 等,解算内、外定向参数,建立严密成像模型 检校精度验证 利用地面控制数据,对成像模型进行几何精度验证 fD 检校参数提供 分析参数适用范围和变化趋势,编制精度分析报告,将传感器CCD像元指向 角、传感器偏置矩阵等检校参数提供生产使用 检校任务设计 控制数据与影像获取 检校参数解算 检校精度验证 分析 是否合格 不合格项 检校精度验证 几何检校在轨工作流程
GB/40523一2021 检校条件 5.1卫星数据获取条件 5.1.1检校区域位置宜满足以下条件: 检校区域宜大于被检星载光学传感器幅宽 a 所在地区每月晴天宜不少于15d b e 地形宜选用平地; d 地物宜具有多样性,变化缓慢,高层建筑少; 交通便利 e 5.1.2 人工标志布设场地宜满足以下条件 场地宜大于实际布设面积;场地应平整,相对高差宜小于30cm,坡度宜小于5”;标志布设场地 a 应视线开阔,无建(构)筑物遮挡; b 气象条件宜选择白天、无雨、风力小于4级、阵风不大于7级 5.1.3卫星拍摄条件要求如下 卫星检校区域无云; a b 检校成像时,卫星侧摆角度应小于15" 5.2检校控制数据条件 5.2.1检校控制数据获取方式 检校控制数据可采用人工标志获取或自动匹配获取 5.2.2自动匹配检校控制数据获取 自动匹配获取检校控制数据要求如下: 精度要求:用于检校的数字正射影像分辨率应优于0.2m,平面精度应优于0.5m;用于检校的 数字高程模型格网尺寸应优于5m,高程精度应优于1 m 控制数据像方坐标确定:通过待检校影像与数字正射影像匹配获得,采用高精度匹配算法和 误匹配点剔除算法,匹配精度应优于0.1像元,误匹配率应小于10% 控制数据物方坐标确定;通过对数字正射影像和数字高程模型进行内插方式获得 5.2.3人工标志检校控制数据获取 人工标志获取检校控制数据获取要求如下 形状与大小:人工标志的形状与大小应根据实际需要设计,并应能在卫星影像上精确识别和定 a 位 人工标志形状设计参见附录A中图A.1、图A.2;人工标志的大小设计沿轨向,垂轨向应 大于6像元 b 材料:人工标志的材料应具备色彩均匀,无光泽、耐高低温、强度高、朗伯特性好、重量轻等特 点,应采用高反射率和低反射率兼顾的特制材料,低反射率应低于5%,高反射率应高于60% 标志布设:人工标志应在卫星成像拍摄前完成布设,标志数量应根据检校方法复杂度确定,每 片cCD对应人工标志数量应大于2个,标志分布应覆盖每片cCD全视场 物方三维坐标测定:人工标志坐标测量按CH/T2009执行,并应分别在成像前后进行,测量要 求采用国家大地2000坐标系,高程采用大地高,平面精度应优于0.1m,高程精度应优于 0.1m,测量后应进行记录归档
GB/T40523一2021 6 检校项目和方法 6.1检校项目 检校项目包括 a 根据检校控制数据计算光学测绘卫星影像的外定向参数 b)根据检校控制数据计算光学测绘卫星影像的内定向参数; c 根据检校控制数据对检校参数精度进行分析和验证 6.2检校方法 检校方法包括 运用空间后方交会、空间前方交会、区域网平差等原理,以共线方程为基础,解求被检传感器的 a 内、外定向参数; b)光学测绘卫星检校外定向检校方法参见附录B,内定向宜采用指向角检校法或畸变参数检校 法,具体参见附录C,附录D. 检校精度验证 7.1检校后影像产品生产 检校后按CH/T3019进行影像产品生产,产品应满足GB/T35642的要求 7.2检校精度验证 产品精度验证应满足以下要求 产品精度利用解算得到的像方坐标和控制数据真实像方坐标按误差计算公式进行计算获得 a) 产品精度主要评价指标包括沿线阵方向精度m,(单位为像元),沿轨道方向精度m,(单位为 b 像元)和像平面精度m(单位为像元) 其中m、m,、m分别按公式(1)一公式(3)计算 x0" 7m y 1 Vm十m3 m 式中 由几何模型解算的像方坐标,单位为像元 .Z，y 由控制点量测的真实像方坐标,单位为像元; Z0yi0 检测点数,不少于20个,单位为个 8 检校结果及检校周期 8.1检校结果 检校结果应满足以下要求
GB/T40523一2021 检校满足检校精度要求的可提供给数据生产使用 a b 检校结果不满足检校精度要求的应进行分析,并在报告中注明不满足精度的项目,确有必要 时重新检校 8.2检校周期 光学测绘卫星传感器几何检校周期宜不超过3个月 检校条件容许时,宜适当缩短检校周期 质量控制和记录要求 9. 质量控制要求如下: 几何检校质量控制参照测绘产品质量控制的有关规定执行 b 质量检查应覆盖几何检校关键环节; 检校质量主要通过控制数据质量、沿线阵和轨道方向检校后残差分布进行控制 c d)几何检校作业过程应严格按流程做好记录 9.2记录主要包括 内、外定向输出记录表,记录表样例参见附录E的E.1,.E.2 a 几何检校残差表,记录表样例参见E.3. b 人工标志量测记录,如控制点略图,观测手簿、计算结果等 c d 检查报告; 技术总结 e
GB/T40523一2021 附 录 A 资料性附录) 人工标志布设样例 图A.1、图A.2给出了人工标志布设样例图 图A.1人工标志布设样例一 图A.2人工标志布设样例二
GB/T40523一2021 录 附 B 资料性附录 外定向检校方法 利用检校控制点解求偏置矩阵,补偿载荷安装系统误差 B.1 B.2外定向的解求方法宜按摄影测量中后方交会方法进行 偏置矩阵可表示为Re,见公式(B.1) a sing TcosK sin 2 a3 cOs9 b R,R.R sino sink cos R= b cOse 0 lsine cose sino c cOSe B.1 式中: R.R.R -传感器在俯仰、横滚偏航三个方向上的补偿矩阵 -传感器在俯仰方向上的补偿角度; -传感器在横滚方向上的补偿角度; 传感器在偏航方向上的补偿角度 B.3卫星传感器的严密几何模型可按公式(B.2)变换 [tan(更、 [X X B.2 (w, tan -R'RcT n 飞 式中 -传感器探元在卫星本体坐标系下的指向角 1 ,y 比例尺分母; m 卫星本体坐标系到地球固定地面参考系的旋转矩阵; RoadyacTs X,Y,2 -地面点坐标; X.,Y.,Z 卫星在地球固定地面参考系下的位置 B.4公式(B.1)可变换为公式(B.3) ,x十b Z a1 十c1 tan(重)=0 a十bY+云 B.3 a.十b.Y十cz tan(y、 a十bY十csZ B.5误差方程见公式(B.4 V=B.x一l,W (B.4 式中 f " 4 wK ,x=(g,w,e),W为权矩阵 B [小 " " p 解算x=(B'B)'B'1,可计算出偏置矩阵三个角元素(g,w,e),求解出偏置矩阵
GB/T40523一2021 录 附 C 资料性附录) 基于指向角的内定向几何检校方法 C.1将计算得到的偏置矩阵引人严密成像几何模型,利用控制点进行解算,获取每个探元在卫星本体 坐标系下的指向角 C.2主要步骤如下: 求解各控制点对应的探元指向角 a 针对传感器第个探元,用图像第i列配准获得的多个控制点求解在卫星本体坐标系下的指 向角,将严密成像几何模型转换为公式(C.1)、公式(C.2): tan(业 C.1 =mRlacTsR tan(亚 -Z bO atan十a2tan(重.十a XX Z2 Gtan()十cetan(W,)十e C.2 btan(.十b.tan(.十b YY Z c1tan 十catan( 十c 误差方程公式见(C.3): V=Bx ,w C.3) 式中 a la(tan(重a(tan( ,x=(tan(y,)tan(y,)),w为权矩阵 B f a(tan, a(tan(重 利用解算方法x=B'B)'B'1,可计算出i探元(tan(w. 1(更,)),得到该探元指向角 tan b 求解各探元指向角 n(y) 对各配准列i探元进行探元指向角解求,得到若干探元的探元指向角: tan r事,)),(tan(y) tan tan( y,)).,,(tan(w. (w,) tan 探元指向角处理 对解求获取的所有探元指向角进行多项式拟合,再计算所有探元的探元指向角 多项式拟合宜取不超过5次多项式,见公式(C.4) y )=d十4i十as”十4小》十a,'十as tan C.4 tan(w,)=b十bs十b十b十bs'十b. 式中: -探元编号,对应图像列号
GB/40523一2021 录 附 D 资料性附录 基于畸变参数的内定向几何检校方法 D.1将计算得到的偏置矩阵引人严密成像几何模型,利用检校控制点解求相机畸变参数 D.2主要步骤如下: 建立畸变模型 a 严密成像几何模型见公式(D,.1l) X Y 十mRaticrsR小2aRRamn2ld (D.1 2 wS8 注:因为焦距与缩放比例因子存在很强的相关性,故只解求缩放比例因子,不解求改正量 A.r=Aro十(k1" 十p(r十2.r=)2p7+ysine (r十2y)十2十s.y Ay=Ayo十k1r 十p2 建立畸变模型见公式(D2)公式(D.4)(为沿轨向,y为垂轨向) F(.r)=r 十k1r十kr 十1(r2十2.r十2力2.y十sind A.Z D,2 F(y)=Ay 十(1r十k2r')十(r了2y)2p十s, D.3 广=G-+- 工=r一工 D.4 立 =y o 式中 像平面坐标; .ry 主点偏移量; A.ZnAyn 主点位置; Z0yo 径向畸变系数 k1,k 偏心畸变系数; p1力 CCD在焦平面内的旋转量 缩放比例因子 求解畸变参数 D 对同一相机不同cCD求解不同的主点偏移量Arw,Ay),旋转量()和缩放比例因子(s,. 对不同相机求取不同的径向助变系数(Ak),偏心助变系数(AN 1,声?) 将严密成像几何模型公式(D.1)转换为公式(D.5) =mRlizcsRl2oiRRemn2lad D.5 Z一Z. cTs 公式(D.5)可变换为 RcTs82atRati2l =mRRemn2l (D.6 Z cTs a3 b Ren2lad
GB/T40523一2021 其中,令 [XX [a1(r一Ar十a2y一Ay)十a YY =mnRb1(r一Ar)十b.(y一Ay)十bf lc(.r一Ar)十c2y一Ay)+cf 则公式(D.6)可变换为 XX l1(.r一A.r十2y一Ay十a./ Ymy D,7 Re =nb.r一Ar十b(y一Ay)十b Zz c1.r r十c2(y一y十cf boxl小y 设 am an3 R8 bb b Cn G3 Cw3 则 6 Ian C R b an laalb2 设 Az)十ag(y一Ay)十aa1 [r.工 la1(.x b(r一Ar十b(y一4y)十b. yy 这这 Lc1(r .r十c2y y十cs 则公式(D.7)可变换为 x.ra.XX十b.mYY十c.zZ a.XX十6.Y+eZ z3 D.8 a2XX十b2YY十c2ZZ 翌 aXX十b.Y'Y十cZ2 您心 a.XX十b.YY十c.Z2 Z. XX十bYY十CZZ 之之 an3" a.XX十b.YY十c,nz2 y a.XX十YYCZZ 这心 [XX R Y ZZ lody 列出误差方程 V=BX一L,w [(f a(f a(f 7(f a( a( 7(f， a(f A. e a r s 0 k 决 7Ay p dw B a(f、 (f (f u2aaD a(f, 0 aw O k g oAro 7Ayo s, Ok o ap 式中: w权矩阵 利用解算原理X=(B'B)-';'L,解出主点偏移量(Ar Aro,Ay),旋转量()、缩放比例因子(s,),径 向畸变系数(k1,k:)和偏心畸变系数(p1,p) 10
GB/40523一2021 录 附 E 资料性附录 检校结果示例 E.1外定向检校结果记录示例见表E.1 表E.1外定向检校参数示例 姿态补偿角度 检校角度/rad 俯仰9 -0.001l16510439745 横滚 0.001498737087716 偏航 0.002956362588769 E.2内定向检校结果记录示例见表E.2 表E.2内定向检校参数示例 探元序号 角度重./rad 角度重,/rad 0.000000 0.051692040761525 -0.38319180621977 0.051685714421595 -0.383191803680914 l.000000 0,051679388077533 -0.3831918o1142057 2.000000 6382.000000 -0.051599254258387 -0,383150427009917 6383.000000 -0,.051605580515601 -0.383150424471031 E.3几何检校残差表示例见表E.3 表E.3几何检校残差表示例 像点位置/像素 检校残差/像素 序号 589,23 5444.44 0.18 -0,.03 1852.91 5424.66 0.04 0.01 2631.86 5412.54 -0.02 0.01 3922.22 5391.77 -0.19 一0.01 4917.57 5376.l4 0.12 -0.01 5923.41 5359.71 0.08 -0.03 7027.79 5341.59 -0.02 -0.02 7981.88 5325.75 -0.18 0,03

GB/T40523-2021 1:250001:50000光学测绘卫星几何检校技术规范

光学测绘卫星是目前应用最广泛的遥感卫星之一，在国土资源调查、城市规划、农林牧渔等领域发挥着重要作用。而为了保证卫星数据的质量和精度，需要对光学测绘卫星的几何检校进行严格的规范。

GB/T40523-2021 1:250001:50000光学测绘卫星几何检校技术规范就是这样一项规范，它涵盖了光学测绘卫星几何检校过程中涉及到的各个环节和关键参数，包括了数据采集、数据处理、精度评定等方面的内容。该规范主要目的是规范光学测绘卫星几何检校的工作流程和标准，确保数据质量和精度得到保障。

为了实现这一目标，该规范提出了详细的技术要求和规范标准，包括了卫星参数、地面控制点、标志点、DEM等方面的内容。通过对这些关键参数的严格把控，可以有效提高光学测绘卫星数据的精度和稳定性，为后续遥感应用提供更加可靠的数据基础。

总之，GB/T40523-2021 1:250001:50000光学测绘卫星几何检校技术规范是一项非常重要的规范标准，可以为光学测绘卫星的使用和应用提供有力的支持。未来随着遥感技术的不断发展，相信该规范也会不断更新，为各行各业的专业人士提供更加全面和精准的参考。

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2022/11/8 21:22:39 现行