卫星遥感影像在海岛（礁）测图中的应用研究
一、引言
海岛(礁)测图是我国一项重要基础性测绘工程，主要是利用航空摄影测量方法完成我国海岸线80海里范围内的所有岛礁的大比例尺测绘。但是一些岛屿由于其地理位置的特殊性，无法用航空摄影测量的方法来获取影像。而随着高分辨率卫星影像定轨、定姿和授时测量系统等关键技术的重大突破，利用高分辨卫星遥感影像对特定岛屿进行大比例尺立体测图成为可行的替代的测绘手段。然而在利用卫星影像进行困难岛屿立体测图时也存在着一些困难。一是卫星影像的精确定位一直依赖于地面控制点，控制点的数量与分布直接影响遥感影像对地目标定位的精度，但由于特殊岛屿无法布设控制点，若采用无控平差技术，其定位精度将得不到保证;二是在海岛(礁)测图中，海岸线的测量要求进行野外GPS实地测点，由于无法登岛，再加上高分辨率卫星遥感影像的分辨率不足以识别海岸线细小的痕迹，因此利用卫星影像通过内业的方式进行海岸线测量，精确度将会降低;三是我国海岸线弯曲狭长，同轨摄取的海岸带影像不长， 而异轨受摄影时间间隔较长和潮汐的变化， 造成相邻海岸带图像差异较大，影响海岸带要素的接边。因此解决以上问题，确保大比例尺测图精度，是海岛(礁)工程完成的关键。
二、稀少控制区域网平差技术
利用卫星影像对独立无控岛屿进行测图，由于卫星在运动过程中存在轨道漂移和倾斜摄影等因素，因此会影响影像质量和定位精度，再加上无控制点，若采用无控平差技术，其恢复的立体模型精度一般无法满足大比例尺1:10000成图的规范标准。因此充分利用卫星影像范围广、幅面大的成像特点，采用多轨、多模型区域网联合平差作业的方式，按照先组区，再进行模型连接和轨道连接，然后进行自由网计算，最后加入控制点进行区域网平差计算的流程来完成空中三角测量可以解决以上问题。
⒈ 布点要求
在大区域网模型连接和轨道连接过程中，要求连接点的选取(以模型为单位)应根据像对内海岛(礁)的地形特点均匀分布，且长边不少于7个，短边不少于5个点，若连接后模型内部分区域上下视差仍超限，可增加连接点，直至视差符合要求。然后再按照特定的数学模型进行自由网平差。通过自由网平差不仅能较好地解决模型和轨道拼接差问题，实现大区域网的刚性构建，而且能有效改善和提高误差较大的影像(景)的定位精度。
稀少控制是指像控点的数量少于同等比例尺成图航空摄影资料标准布点所需控制点四分之一的量。但是通过大量的实际作业和精度分析，像控点的数量也不能少于5个点，同时像控点的分布应清晰、明显、易读，并按照尽可能控制最大影像覆盖范围的原则，即像控点应尽可能分布在影像的四周和中部，在条件不满足时，像控点的位置可以根据影像的具体情况进行调整。
⒉ 实际生产及精度分析
在海岛(礁)测图中，测量岛屿位于东南沿海，面积约2km2，地形类别属于山地，我们采用WorldView高分辨率卫星影像，影像分辨率到达0.5m，通过模型连接把困难岛屿包含在大区域网中进行自由网平差，同时在困难岛屿周边，区域网连接范围内均匀分布5个控制点进行平差计算，最后利用海岸线上量取的一定数量高程控制点进行模型置平。区域范围及控制点分布见图1。区域网平差后控制点余差计算结果见表1。
由结果可以看出，独立无控岛屿采用稀少控制区域网平差计算后，成果精度较好，5个定向点的精度满足国标1:10000比例尺平面4m、高程2.2m的精度要求。因此利用航天摄影测量技术采用稀少控制的区域网平差方法，即使在测量岛屿上无控制点，也能解决该岛屿的大比例尺测图问题。
三、海岸线内业测量
在海图测量过程中，作为海陆分界线的海岸线，其测量精度是一项重要的成图指标，目前精度较高的测量方法有:采用经纬仪、全站仪等光学仪器测量法和集成GMS无线电数据链， 利用摩托车携带DGPS进行海岸线快速实时动态测量等。以上方法都是采用外业测量的方式，因此点位精度高、海岸线准确。而海岛(礁)测图中，对于那些无法登岛的岛屿无法实测海岸线，如果利用水文站提供的海岸线(1985国家高程基准)参考值测图，由于测图时高程基准定位的差异，容易引起海岸线与周边地物关系矛盾。因此我们在实际生产中采用的是潮位推算法来内业测量海岸线。
⒈ 潮位推算法
该方法要求在每幅图立体模型上采集一定数量的瞬时水涯线和大潮痕迹线，并将该模型的摄影时间、曝光时刻和采集的1985国家高程基准值一并交给潮位推算单位，潮位推算单位根据沿海水文站多年积累的水文数据，给出瞬时水涯线与海岸线在该曝光时刻相互之间的高差Δh 。内业测图时按公式⑴计算海岸线1985国家高程基准测量值。
式中，h水涯线为瞬时水涯线的高程值;Δh为该曝光时刻瞬时水涯线与海岸线的高差。
每条瞬时水涯线按此算法计算出海岸线的高程后，依据海岸线质量检查标准检查合限后，再对每条海岸线的高程值取平均，作为该图幅的海岸线高程值。然后在立体环境下，按照该高程值依据岸滩地形特征跟踪出海岛海岸线。
⒉ 采集要求
在用潮位推算法计算海岸线时，为保证测量精度，应注意以下情况:
⑴提取的瞬时水涯线和大潮高潮线不少于3段，且每段线不少于10个点。瞬时水涯线的提取应在浪花比较小的位置，也就是海港内部或海岛的背风面且纹理较为清晰的地方。
⑵影像的曝光时间应提供北京时间，精确到秒。WorldView影像自身提供的摄影时间是英国的格林威治时间。
⑶量测的瞬时水涯线平均高程值应小于大潮痕迹线平均高程，即瞬时水涯线一般在大潮痕迹线下方，不能倒置。
⑷方圆20km范围内，曝光时刻相差在10min内的不同影像，其测量的瞬时水涯线的互差应不大于0.4m。
⑸当有多个作业队伍承担不同水涯线和大潮痕迹线的影像提取工作时，作业前统一认识，统一标准。
⒊ 实际生产及精度分析
本次作业的区域为东南沿海，采用内业测量的方法采集海岸线，其高程值(1985国家高程基准)见表2，其中海岸线内业测量值为潮位推算法计算而来，海岸线参考值为水位站提供的海岸线实际量测值。
经检查核算，利用潮位推算法提取的海岸线与水文量测的海岸线高差均小于0.6m，满足工程技术要求，同时也解决了海岸线与周围地物的关系处理。
四、海岸带要素接边
在海岸带接边要素中主要有以下三个基本单元:①岸上，平均大潮高潮线(海岸线)以上的沿岸陆地部分地貌性质;②岸线，平均大潮高潮线所处的地貌性质;③潮间带，介于平均大潮高潮线与低潮线之间的狭长地带滩涂性质。
⒈ 要素特点
在这三个单元中，图幅之间的接边有以下特点:第一是岸上要素受摄影时间的变化影响较小，接边容易;第二是海岸线的提取与瞬时水涯线位置密切相关，受瞬时水涯线测量精度和海浪的影响，不同模型提取的海岸线的高程会存在厘米级的差距，接边较难;第三是在项目工程设计时考虑到利用摄影测量技术只能获取摄影瞬间水涯线以上的海部要素信息。由于摄影时间不可能都在大潮低潮时刻，所以对潮浸地带无法全覆盖测量，因此规定海岛礁测量中仅表示瞬时水涯线以上的干出滩。但是由于瞬时水涯线是时刻变化的，它会随摄影时间的不同而处在不同的位置，因此当卫星影像相邻模型摄影时间不同时，瞬时水涯线高程差距较大，甚至达到米级，接边非常困难。
⒉ 接边原则
针对以上在存在的接边问题，为保持地形图表示的美观性以及入库拓扑关系建立的完整性，依据地形图接边原则，对地物要素之间的接边做了如下规定:一是海岸线以上地物要素严格按照接边限差进行接边，超限地物要查明原因;二是海岸线接边限差适当放宽，可在海岸线高程计算值上下20cm范围内进行接边，接边海岸线高程差值若超过40cm的，要检查瞬时水涯线的量取值是否准确;三是瞬时水涯线，根据项目工程规定可不进行接边，而干出滩则为了满足地形图出版要求，则规定无论接边处干出线差值的大小，均按照渐变性原则进行干出滩的接边和拓扑构面，以确保滩涂的完整性。
五、结束语
利用卫星影像对独立无控岛屿进行大比例测图时，针对特定技术困难采取关键技术进行内业实际生产，经过数据检测和精度对比， 成图精度满足1:10000限差要求，图面表示也符合海岛(礁)工程的技术标准。归纳如下:
对于无法布设控制点的独立岛屿，通过模型连接、组区、周边控制点布设的方法，采用稀少控制区域网平差技术可以提高独立无控岛屿的空间定位精度。
在海事部门水文数据的支持下，以立体测量的瞬时水涯线为基础，采取潮位推算的方法，解决了海岸线内业测量的成图精度。
针对由于异轨影像拍摄时间间隔较长造成的地形图海岸带要素出现接边问题，我们按照地物类型的不同，制定了不同的接边原则，给出了量化的标准，解决了地形图海岸带要素的接边。
作者简介：卢汉明，男，1972年出生，广西横田人，高级工程师，硕士研究生，主要从事遥感数字影像的处理与应用研究。
中国勘测联合网官方微信，及时发布勘测行业信息
关注我最快的方法get√
↓ ↓ ↓
长按二维码
识别图中二维码
不信试试？
中国勘测联合网 微信号：chinaunsv 官网：www.chinaunsv.com 论坛: bbs.chinaunsv.com 联系QQ:2932577195 服务行业 互联互通 凝聚力量 共享共赢