專利名稱：海島遙感測圖高程精度控制與修正方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大地測量工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種海島遙感測圖高程精度控制與修正方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國海域廣闊，海島(礁)分布零散、極不均勻。各類海島(礁)12000多個(gè)，海島(礁)是國家領(lǐng)土的重要組成部分，其精確位置和基礎(chǔ)地理信息是劃分領(lǐng)海及其他管轄領(lǐng)域的重要依據(jù)；全面準(zhǔn)確地掌握我國海島(礁)位置和地理信息，是維護(hù)國家主權(quán)、保障國家安全、實(shí)施海洋開發(fā)的重要保障，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。隨著遙感影像空間和光譜分辨率的大幅提高及雷達(dá)影像的豐富，海島(礁)識(shí)別特別是暗礁探測的數(shù)據(jù)條件得到改善，但我國綜合用于海島(礁)遙感測圖的高程精度控制技術(shù)手段缺乏，海島(礁)遙感測圖的高程精度控制技術(shù)需要進(jìn)一步的研究。目前，在陸地上主要運(yùn)用GPS測量技術(shù)、CQG2000似大地水準(zhǔn)面模型的內(nèi)插法、水準(zhǔn)高程測量等方法提供像片控制點(diǎn)的平面、高程成果，極大的減輕在我國困難地區(qū)測圖的工作強(qiáng)度，提高的了工作效率，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。由于我國海島海島礁分布零散，選擇有效的高程控制點(diǎn)存在很大的困難。在海上無法有效的布設(shè)GPS控制點(diǎn)，也無法進(jìn)行水準(zhǔn)高程測量。同時(shí)，由于CQG2000似大地水準(zhǔn)面模型受地形條件的限制，以及地面觀測數(shù)據(jù)的密度和不均勻分布，致使CQG2000似大地水準(zhǔn)面的精度在全國范圍內(nèi)是不一致的。總體分辨率為5' X5,，全國平均精度理論上為±0.36米，不足以滿足大比例尺的遙感測圖需求。除少量較大面積的海島外，海島(礁)的高程一般不大，在我國，高程超過IOm的海島(礁)數(shù)量占全部海島(礁)的比例不到15%。由于海島被海水包圍，其高程有海平面作絕對(duì)參考，大的高程誤差甚至?xí)?dǎo)致海平面與海島的拓?fù)潢P(guān)系出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此，在海島測圖中，海島高程的準(zhǔn)確性和精度至關(guān)重要。在陸地航空航天遙感測繪中，當(dāng)?shù)孛嫦窨攸c(diǎn)稀少時(shí)，可以采用基于POS和影像紋理匹配的稀少控制攝影測量方法進(jìn)行立體測圖。但值得注意的是，由于目前攝影測量工作站的立體測圖軟件普遍使用正常高系統(tǒng)作為像控點(diǎn)高程，當(dāng)?shù)孛嫦窨攸c(diǎn)稀少時(shí)，測圖的高程會(huì)產(chǎn)生形變，其形變程度由像控點(diǎn)分布密度和大地水準(zhǔn)面起伏兩個(gè)因素共同決定。當(dāng)像控點(diǎn)間距大于200km時(shí)，大地水準(zhǔn)面起伏在我國陸地部分地區(qū)可達(dá)到20m，如果直接采用稀少控制的航空航天遙感測圖方法，雖然不會(huì)引起地形圖要素的拓?fù)潢P(guān)系改變，但可導(dǎo)致絕對(duì)高程的最大誤差達(dá)到10m。與陸地相比，海島(礁)分布稀疏，無法按常規(guī)的密度和點(diǎn)位布測像控點(diǎn)，海域絕大部分被海水覆蓋，影像地面特征稀少、紋理少使得航空航天影像匹配的難度大，導(dǎo)致模型連接困難甚至無法實(shí)現(xiàn)。采用稀少控制的航空攝影測量方法很可能由于大地水準(zhǔn)面起伏大導(dǎo)致海島地形圖高程 不準(zhǔn)確。我們知道，與陸地不同，海島的高程注記不能因?yàn)楸壤咝《∩?，海島岸線高程精度應(yīng)在0.3m左右比較合適。目前陸地地形圖中有關(guān)高程精度指標(biāo)普遍較低，用于指導(dǎo)海島地形測圖甚至可能會(huì)導(dǎo)致海島掉到海水面以下的矛盾現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:如何提高海島遙感測圖所獲得的高程精度。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種海島遙感測圖高程精度控制與修正方法，包括以下步驟:S1:提取海島遙感影像中的岸線；S2:通過海島驗(yàn)潮站的潮位觀測數(shù)據(jù)獲得第一平均海面高、以及衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)獲得第二平均海面高，將所述第二平均海面高進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，以保證與第一平均海面高的基準(zhǔn)一致，并將獲得的第一平均海面高和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換后的第二平均海面高作為標(biāo)準(zhǔn)平均海面聞;S3:通過地面重力觀測數(shù)據(jù)獲得重力數(shù)據(jù)，通過衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)獲得重力異常數(shù)據(jù)，將重力異常數(shù)據(jù)進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，以保證與所述重力數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)一致，并根據(jù)所述重力數(shù)據(jù)、以及基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換后的重力異常數(shù)據(jù)來計(jì)算大地水準(zhǔn)面；S4:對(duì)所述海島驗(yàn)潮站的潮位觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)和分析，以獲得分潮調(diào)和常數(shù)；S5:根據(jù)所述分潮調(diào)和常數(shù)計(jì)算獲得平均大潮高潮面與深度基準(zhǔn)面之間的高度差、以及所述標(biāo)準(zhǔn)平均海面高 與深度基準(zhǔn)面之間的高度差，并根據(jù)所述平均大潮高潮面與深度基準(zhǔn)面之間的高度差、所述標(biāo)準(zhǔn)平均海面高與深度基準(zhǔn)面之間的高度差、以及所述標(biāo)準(zhǔn)平均海面高與大地水準(zhǔn)面之間的高度差來計(jì)算所述平均大潮高潮面的高程；S6:根據(jù)所述平均大潮高潮面的高程來確定所述平均大潮高潮面上的岸線，通過所述海島遙感影像中的岸線、以及所述平均大潮高潮面上的岸線來計(jì)算并去除所述海島遙感影像中的岸線的系統(tǒng)性誤差；S7:將去除系統(tǒng)性誤差后的所述海島遙感影像中的岸線與所述平均大潮高潮面上的岸線進(jìn)行擬合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述海島遙感影像中的岸線的修正。優(yōu)選地,所述海島遙感影像包括:RapidEye_one、Alos、Spot5、IK0N0S、QuickBird、WorIdView-one、WorIdView-Two、GeoEye-One>以及低空無人機(jī)所獲得的海島遙感數(shù)據(jù)中的
至少一種。優(yōu)選地,步驟S2具體包括以下步驟:S21:對(duì)海島驗(yàn)潮站的潮位觀測數(shù)據(jù)計(jì)算平均值，以獲得第一平均海面高；S22:根據(jù)衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)中的觀測海面高度計(jì)算平均值，以獲得第二平均海面高；S23:對(duì)所述第二平均海面高進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，以保證與第一平均海面高的基準(zhǔn)一
致，在所述第二平均海面高進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí)，采用下列公式，
dh = -Wda + β η2φ /其中，a為第一平均海面高對(duì)應(yīng)的第一參考橢球的長半軸的長度，f為所述第一參考橢球的扁率，0為大地諱度，
權(quán)利要求
1.一種海島遙感測圖高程精度控制與修正方法，其特征在于，包括以下步驟: 51:提取海島遙感影像中的岸線； 52:通過海島驗(yàn)潮站的潮位觀測數(shù)據(jù)獲得第一平均海面高、以及衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)獲得第二平均海面高，將所述第二平均海面高進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，以保證與第一平均海面高的基準(zhǔn)一致，并將獲得的第一平均海面高和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換后的第二平均海面高作為標(biāo)準(zhǔn)平均海面高； 53:通過地面重力觀測數(shù)據(jù)獲得重力數(shù)據(jù)，通過衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)獲得重力異常數(shù)據(jù)，將重力異常數(shù)據(jù)進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，以保證與所述重力數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)一致，并根據(jù)所述重力數(shù)據(jù)、以及基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換后的重力異常數(shù)據(jù)來計(jì)算大地水準(zhǔn)面； 54:對(duì)所述海島驗(yàn)潮站的潮位觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)和分析，以獲得分潮調(diào)和常數(shù)； 55:根據(jù)所述分潮調(diào)和常數(shù)計(jì)算獲得平均大潮高潮面與深度基準(zhǔn)面之間的高度差、以及所述標(biāo)準(zhǔn)平均海面高與深度基準(zhǔn)面之間的高度差，并根據(jù)所述平均大潮高潮面與深度基準(zhǔn)面之間的高度差、所述標(biāo)準(zhǔn)平均海面高與深度基準(zhǔn)面之間的高度差、以及所述標(biāo)準(zhǔn)平均海面高與大地水準(zhǔn)面之間的高度差來計(jì)算所述平均大潮高潮面的高程； 56:根據(jù)所述平均大潮高潮面的高程來確定所述平均大潮高潮面上的岸線，通過所述海島遙感影像中的岸線、以及所述平均大潮高潮面上的岸線來計(jì)算并去除所述海島遙感影像中的岸線的系統(tǒng)性誤差； S7:將去除系統(tǒng)性誤差后的所述海島遙感影像中的岸線與所述平均大潮高潮面上的岸線進(jìn)行擬合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述海島遙感影像中的岸線的修正。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述海島遙感影像包括:RapidEye_one、Alos、Spot5、IKONOS、QuickBird、WorIdView-one、WorIdView-Two、GeoEye-One、以及低空無人機(jī)所獲得的海島遙感數(shù)據(jù)中的至少一種。·
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S2具體包括以下步驟: 521:對(duì)海島驗(yàn)潮站的潮位觀測數(shù)據(jù)計(jì)算平均值，以獲得第一平均海面高； 522:根據(jù)衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)中的觀測海面高度計(jì)算平均值，以獲得第二平均海面高； 523:對(duì)所述第二平均海面高進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，以保證與第一平均海面高的基準(zhǔn)一致，在所述第二平均海面高進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí)，采用下列公式，dh = -Wda + β η2φ / 其中，a為第一平均海面高對(duì)應(yīng)的第一參考橢球的長半軸的長度，f為所述第一參考橢球的扁率，P為大地緯度，F(xiàn) = Jl-C2 sin2^，e為所述第一參考橢球的第一偏心率，da =a0-a,df = f0-f, a0為第二平均海面高對(duì)應(yīng)的第二參考橢球的長半軸的長度，為第二參考橢球的扁率，da為長半軸改正值，df為扁率改正值，dh為參考橢球轉(zhuǎn)換引起的高程變化； 524:將獲得的第一平均海面高和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換后的第二平均海面高作為標(biāo)準(zhǔn)平均海面高。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3具體包括以下步驟: 531:通過地面重力觀測數(shù)據(jù)獲得重力數(shù)據(jù)； 532:通過衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)獲得重力異常數(shù)據(jù)，將重力異常數(shù)據(jù)進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，以保證與所述重力數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)一致，在所述重力異常數(shù)據(jù)進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí)，采用下列公式，dg = -Wda + β η2 φ /其中，a為所述重力數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的第一參考橢球的長半軸的長度，f為所述第一參考橢球的扁率，(^為大地緯度
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S4中，調(diào)和分析的公式為，
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S5中，通過下式來計(jì)算所述平均大潮高潮面的高程， L = L3- (Lg-L1) 其中，L為所述平均大潮高潮面的高程，L3為所述平均大潮高潮面與深度基準(zhǔn)面之間的高度差，L2為所述標(biāo)準(zhǔn)平均海面高與深度基準(zhǔn)面之間的高度差，L1為所述標(biāo)準(zhǔn)平均海面高與大地水準(zhǔn)面之間的高度差。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S6中，通過下式計(jì)算所述系統(tǒng)性誤差，
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S7中，設(shè)所述海島遙感影像中的岸線與所述平均大潮高潮面上的岸線之間任一點(diǎn)的偏差為Z(x，y)且Z(x，y)=aiX+aj+apy+ay+a；^2,其中，a1; a2, a3, a4, a5為常數(shù)，x, y分別為橫軸坐標(biāo)和縱軸坐標(biāo)，對(duì)所述偏差按照最小二乘法，獲得a1; a2, a3, a4, a5的值,并根據(jù)獲得了 a1; a2, a3, a4, a5的值的偏差公式實(shí)現(xiàn)對(duì)所述海島遙感影像中的岸線的修正。
9.一種海島遙感測圖高程精度控制與修正系統(tǒng)，其特征在于，包括: 岸線提取模塊，用于提取海島遙感影像中的岸線； 平均海面計(jì)算模塊，用于通過海島驗(yàn)潮站的潮位觀測數(shù)據(jù)獲得第一平均海面高、以及衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)獲得第二平均海面高，將所述第二平均海面高進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，以保證與第一平均海面高的基準(zhǔn)一致，并將獲得的第一平均海面高和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換后的第二平均海面高作為標(biāo)準(zhǔn)平均海面高；大地水準(zhǔn)面計(jì)算模塊，用于通過地面重力觀測數(shù)據(jù)獲得重力數(shù)據(jù)，通過衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)獲得重力異常數(shù)據(jù)，將重力異常數(shù)據(jù)進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，以保證與所述重力數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)一致，并根據(jù)所述重力數(shù)據(jù)、以及基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換后的重力異常數(shù)據(jù)來計(jì)算大地水準(zhǔn)面； 調(diào)和分析模塊，用于對(duì)所述海島驗(yàn)潮站的潮位觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)和分析，以獲得分潮調(diào)和常數(shù)； 高潮面計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述分潮調(diào)和常數(shù)計(jì)算獲得平均大潮高潮面與深度基準(zhǔn)面之間的高度差、以及所述標(biāo)準(zhǔn)平均海面高與深度基準(zhǔn)面之間的高度差，并根據(jù)所述平均大潮高潮面與深度基準(zhǔn)面之間的高度差、所述標(biāo)準(zhǔn)平均海面高與深度基準(zhǔn)面之間的高度差、以及所述標(biāo)準(zhǔn)平均海面高與大地水準(zhǔn)面之間的高度差來計(jì)算所述平均大潮高潮面的高程; 系統(tǒng)性誤差計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述平均大潮高潮面的高程來確定所述平均大潮高潮面上的岸線，通過所述海島遙感影像中的岸線、以及所述平均大潮高潮面上的岸線來計(jì)算并去除所述海島遙感影像中的岸線的系統(tǒng)性誤差； 擬合修正模塊，用于將去除系統(tǒng)性誤差后的所述海島遙感影像中的岸線與所述平均大潮高潮面上的岸線進(jìn)行 擬合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述海島遙感影像中的岸線的修正。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海島遙感測圖高程精度控制與修正方法及系統(tǒng)，涉及大地測量工程技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括S1提取海島遙感影像中的岸線；S2獲得第一平均海面高、以及第二平均海面高，將所述第二平均海面高進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換；S3計(jì)算大地水準(zhǔn)面；S4進(jìn)行調(diào)和分析獲得分潮調(diào)和常數(shù)；S5計(jì)算所述平均大潮高潮面的高程；S6計(jì)算并去除所述海島遙感影像中的岸線的系統(tǒng)性誤差；S7將去除系統(tǒng)性誤差后的所述海島遙感影像中的岸線與所述平均大潮高潮面上的岸線進(jìn)行擬合。本發(fā)明通過對(duì)海島遙感影像中的岸線與所述平均大潮高潮面上的岸線進(jìn)行擬合，來實(shí)現(xiàn)對(duì)所述海島遙感影像中的岸線的修正，提高了海島遙感測圖所獲得的高程精度。
文檔編號(hào)G01C5/00GK103245324SQ20121002506
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月6日
發(fā)明者柯寶貴, 章傳銀, 張利明, 李德海 申請人:中國測繪科學(xué)研究院