摘要
目前卫星摄影测量和激光测高是人类获取地球信息的重要手段，在数字摄影测量过程中通常采用控制点来保障卫星影像的定位精度，但是我国很多地区外业测控困难，难以获取准确可靠的外业控制点，这导致有些困难测区的精度不能够达到测绘应用的精度标准。因此，在没有地面控制点的条件下如何提高卫星影像定位精度受到大家的深入研究。多数研究者使用基准数据，如高分辨率、高精度的数据、多源数据、开源DEM等数据用作辅助数据来提高卫星影像的无控定位精度，考虑到成本、精度等因素，上述数据能在一定程度上提高精度。以ICESat-2为代表的光子计数激光雷达对地观测手段具有地面足印小、采样频率高、波束数量多等特点，获取点云的平面精度和飞行方向数据密集程度得到很大提升，可作为一种新型三维控制条件应用于提升卫星立体影像对地定位精度。目前，大多数研究把卫星激光测高产品用作高程控制点，在基础测绘、全球地理信息资源建设等领域用来代替外业高程控制点测量，没有解决平面和高程的一致性问题，因此将星载光子计数点云ICESat-2数据引入卫星立体影像进行区域网平差具有重要的研究意义。本文研究ICESat-2点云数据支持下的光学卫星影像区域网平差的相关技术，研究内容如下： 1、在详悉国内外卫星影像区域网平差的现状和常用的成像模型及其原理的基础上，总结国内外星载点云数据辅助卫星影像区域网平差技术的应用研究现状。对本文实验数据的相关参数进行描述，并详细概述两种数据的预处理过程，针对三线阵资源三号影像，借助RPC参数生成数字表面模型，由于ICESat-2背景噪声大，呈现形式为二维线状分布，根据该数据点的空间分布特点进行点云去噪处理。 2、针对光子点云没有同步影像记录平面位置的应用难题，使用“地形匹配”的策略，研究采用基于地形匹配实现卫星影像与星载ICESat-2配准的方法。首先，对一轨激光数据在平面方向以一定的步长在设定的局部范围内移动，通过KD-tree组查找点云在平面上坐标相同的点，如果存在就认为该点是激光点的平面对应点，如果不存在，就采用反距离权重内插方法内插出一个点作为对应点，通过最小高差法约束，计算出两种数据的偏移值，达到局部最优。 3、针对星载光子点云呈二维窄带状，现有的方法不合适提取ICESat-2特征点的情况，提出了一种根据点之间的坡度变化，提取测区地形特征点的处理方法，对激光点进行曲线拟合，设置坡度阈值，筛选出特征点。在卫星立体影像生成的数字表面模型上提取地形特征，通过对两种数据提取的点、线设置约束条件进行联合一致性检测，将共同的地形特征点作为最终的控制点，引入卫星影像区域网进行平差处理，比较无控和有控的定位精度变化。 为了验证文中星载光子计数点云ICESat-2与卫星立体影像联合平差方法的有效性和可行性，选择了西安市和咸阳市的ICESat-2激光测高数据、资源三号影像进行联合区域网平差处理，并通过高精度的点作为检查数据进行精度评价，得到了下面结论：具有高采样频率的星载多波束激光测量数据精细呈现地形剖面特征，具备与卫星影像生成DSM之间开展三维地形剖面匹配条件，光子点云控制点可以作为一种有效的平高控制点，能够充分发挥星载激光测量数据精度优势，使ZY3影像平面和高程定位精度都有较大的提升幅度。
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