0引言

随着我院国际工程的进一步开拓发展，境外电力工程逐年增多，如柬埔寨金边环网、赞比亚MCL Maamba-Muzuma 330kV输电线路等工程，以及马上需要开展的老挝线路工程、厄瓜多尔输变电项目等。工程地点多在欠发达地区，当地地形复杂、缺少可利用的基础测绘资料。

在这些国家的电力工程中，因技术力量薄弱、可利用的基础测绘资料少，同时难以开展航空摄影测量、三维激光扫描等先进测绘作业技术。如果可以利用覆盖该区域的立体卫星影像数据，通过立体卫片模型测图的方式获取测区准确的测绘数据，从而保障电力工程的迅速开展，对地形复杂、交通不便、资料匮乏的境外电力工程开展勘测设计工作将起到很好的推动作用。

目前卫星影像数据已进入高速发展时期，以美国、法国为代表的各种高分辨率卫星遥感影像进入民用商业领域，最高地面分辨率已达到0.5m级[2]，然而这些数据在电力工程上用存在一些问题：①成本较高，国外商业卫星公司每平方公里报价均在500元人民币以上，单项目起步价一般在15万元人民币以上，以市场竞标为主的电力工程勘测设计阶段对工程投入和产出成本有着严格的控制要求；②在欠发达地区存档数据少，同时新编程卫星影像周期过长，这些商业卫星更多的为上千平方公里以上的大面积区域测图进行服务，对单一的电力工程，测区面积普遍较小，国外商业卫星公司编程采集意愿不强烈。以上因素，导致在境外电力工程中使用国外商业高分辨率卫星数据有一定困难。

在2012年1月发射的资源三号卫星是我国首颗民用中高分辨率立体测绘卫星，其搭载的前、后、正视相机可以获取同一地区三个不同观测角度立体像对，提供丰富的三维几何信息，尤其是其影像价格低，获取周期短，为国内卫星数据使用单位提供良好的技术支持。面对要获取快速、成本较低的境外电力工程的实际需求，能否将资源三号卫星影像（以下简称资三卫片）立体测图技术运用在境外电力工程中，从而确定出资三卫片在电力工程中的使用价值。

1资三卫片介绍和立体测图技术的可行性分析

1.1资源三号卫星性能介绍

资源三号卫星共装载4台相机，1台地面分辨率优于2.1米的正视全色相机，2台可进行立体测图地面分辨率优于3.5米的前视、后视全色相机，1台地面分辨率优于5.8米的正视多光谱相机，可对地球南北纬84度以内地区实现无缝影像覆盖，回归周期为59天，重返周期为5天，卫星传感器主要参数、各项性能指标优越，影像准确性和可靠性优良。[3]

从目前已公开的资源三号测绘卫星性能指标来看，资源三号卫星影像在有控定向后，能进一步提高其几何定位精度和高程精度，在某测试试验中，资源三号卫星影像的立体测图平面精度在4m左右，高程精度在2m左右[1]，可满足1:5万测图精度要求和初步满足1:2.5万精度测图或1:1万精度修测[4]，满足输电线路初步设计阶段中需要的1:2.5万~1:10万沿线地形图或遥感卫星影像图的需求。

1.2运用资三卫片立体测图技术的可行性分析

在境外电力输电线工程中，测量平断面塔位图是施工图阶段最困难、最重要、最核心的工作内容，它决定了境外电力输电线路工程勘测设计阶段的整体进度，需提交的平断面资料如图1.2所示。

图1.2 平断面示意图

该数据应达到平面1:5000、断面（高程）1:500的精度要求，资三卫片立体测图1:1万的修测精度接近平断面图中平面1:5000的需求，但不满足断面1:500的精度需求，要将资三卫片投入到工程使用,最应解决的主要问题是断面（高程）精度问题，因此本文只对资三卫片立体测图高程精度展开讨论。

那么资三卫片立体测图技术能否通过分步走的方法，先在立体测图状态采集精度较低的平断面图，再通过部分现场修测作业，将平断面图精度提高到满足各项精度指标的要求，从而通过较少的外业现场工作，减少外业时间，提高效率，减轻劳动强度，发挥出资三卫片的使用价值。

本文测试出不同像控点布设方案的资三卫片立体测图的高程精度，分析了资三卫片立体测图精度情况和数据处理的注意事项，确定了资三卫片在境外电力工程中的使用价值。

2.资三卫片数据处理流程

    使用VirtuoZo SAT 卫片处理软件对资三卫片数据进行处理，获取测区立体模型，生产出测区的DEM（数字高程模型）和DOM（正射影像图）。VirtuoZo SAT软件数据处理流程如图2.1所示。

 图2.1 VirtuoZo SAT软件数据处理流程图

 在这个作业流程中，最主要的步骤是资三卫片数据引入其RPC参数后，根据量测的像控点坐标进行卫片定向，匹配出测区卫片立体模型，实现资三卫片的立体测图功能，并完成测区线划图、DOM、DEM等产品的生产和制作。

通过使用合格的卫片数据处理软件，决定资三卫片立体测图精度的主要因素就是不同像控点布设方案对卫片定向精度的影响[1]。

3.资三卫片立体测图精度的比较和分析

3.1不同像控点布设方案

我们选取了某地单景50km×50km资三卫片数据进行测试比较。测区总面积2500平方公里，既有平地、丘陵和高山大岭，又有建筑物、植被、水域、交通等密集区，地形地貌复杂，覆盖区域典型特征明显，有利于全面比较和评估测试数据。

我们对测区布设了8*8个像控点（64点法）、4*4个像控点（16点法）、3*3个像控点（9点法）、2*2个像控点（5点法）和不均匀分布像控点（25点法）五个方案，分别处理好每个方案的数据，并通过实测的66个检查点进行比较。各方案像控点分布如图3.1.1、3.1.2、3.1.3、3.1.4和3.1.5所示。

图3.1.1  8*8像控点方案             图3.1.2  4*4像控点方案

图3.1.3  3*3像控点方案                图3.1.4  2*2像控点方案

图3.1.5 不均匀像控点方案

3.2资三卫片立体测图精度比较

在五个方案数据处理以后，我们对测区抽样了66个检查点进行高程精度比较，计算出各方案的标准中误差。各方案检查点较差及差值区间分布如图3.2.1和3.2.2所示。

图3.2.1 检查点较差

 图3.2.2检查点差值区间分布图

由上述两图可以看出，在五种方案，除不均匀分布方案差值出现明显波动以外，其他四个均匀分布方案结果较为一致，检查点差值区间主要分布在±3m内，不均匀分布方案差值波动较大，各方案标准中误差如表3.2.1所示。

表3.2.1 各方案标准中误差（m）

由表3.2.1可知，前四种方案，像控点9点法方案标准中误差最小2.13m， 5点法方案中误差最大2.35m，相差0.22m。最后一种方案，虽然像控点数据较大，但因分布不合理，导致部分区域精度太低，中误差达到5.82m，在实际使用中应避免这种作用方式。

3.3资三卫片立体测图精度判断和分析

根据上述的结果，我们对资三卫片立体测图精度分析判断如下：

1) 在前四种方案中，资三卫片立体测图精度中误差基本在±2.3m范围以内，基本满足《1：5000 1：10000 地形图航空摄影测量内业规范》（GB/T 13990-2012）中1:5000航测地形图山地和高山地高程中误差要求，见表3.3.1。同时发现当像控点较少时，随着像控点数量的增多，测图精度会随之提高，但当到一定数量时，继续增加像控点数量时，将难以在明显提高卫片测图精度，甚至可能会因像控点外业精度和刺点精度影响而降低。

表3.3.1 国家规范1：5000高程中误差（m）

2) 从资三卫片3.5m地面分辨率来看，在9点法方案中，标准中误差为0.61像元，最大差值为2.02像元；在64点法方案中，标准中误差为0.66像元，最大差值为1.88像元；即使在不均匀分布布点方案中，标准中误差为1.66像元。证明出资三卫片的几何精度良好，整体精度尚可，优于其设计要求，相机光学系统与平台的稳定性表现较好 [5]。

3) 在前四种方案中发现，标准中误差较为接近，但9点法精度最高， 16点法次之，然后是64点法和5点法。

分析认为，原因在于16点法是在64点法方案基础上删减多余的像控点完成，9点法是在16点法方案上删除多余像控点完成。在删点过程中，会人为把自我判定精度较差的点删除，这样各方案保留下来的像控点精度比较高的点，从而使整体精度越来越高，出现了数量少而平差精度高的情况，但当像控点删到只剩5点时，又因像控点数量过少，导致精度降低。

根据以上结论，在保证像控点精度前提下，资三卫片数据处理的像控点最佳布设方案是均匀分布9点法，精度良好，工作量也较少。同时，要进一步提高定向精度时应侧重于提高刺点精度，而不是提高测点数量。

4)以国外商业卫片0.5m级地面分辨率来看，资三卫片只能属于中等分辨率卫星影像范畴，在量测像控点和影像刺点过程中，如人工刺点能识别的影像精度为1个像元的话，最终实现的立体测图中误差为±2.3m左右的结论与其自身精度是一致的和相符的。 

4.资三卫片立体测图技术在电力工程中的实际应用及评价分析

4.1资三卫片立体测图应用方案

采用适普VirtuoZo SAT软件对资三卫片数据进行数据处理，建立应用区域资三卫片的立体测图模型，使用TL软件对资三立体像进行联机测图，采集输电线路平断面图。

采集的线路平断面图高程中误差在±2m，再通过现场部分修测工作，将整个平断面图断面精度线性拟合到±0.3m，这为我们将资三卫片立体测图技术运用在电力工程中的设想提供了可行性方案。

4.2采集的线路平断面图情况

为方便比较，我们将一段路径分别由资三卫片立体测图采集其平断面图和常规工程测量实测其平断面图，并以实测的平断面图作为断面比对真值，将这两段数据的中心断面进行比较（红线为资三卫片立体测图结果，黑线为工程测量实测结果），如图4.2.1所示。

 图4.2.1资三卫片立体测图中心断面（红线）与实测中心断面（黑线）对比图

通过对比可见，两者趋势基本一致，统计资三卫片采集断面高程中误差为2.19m，与前面测试结果基本保持一致，其采集的断面亦基本反应出测区的地貌起伏和整体情况，但部分区域还是存在一定差值。

4.3现场修测与线性内插拟合

对于依然存在的差值，可以使用最适合山区、丘陵地区断面图修正的拉格朗日多项式进行线性内插拟合，修正和提高平断面图的高程精度。

在拉格朗日多项式中，设是区间上的一个实函数, 是上n+1个互异实数,且 在的值为 ,则区间上任意一点x的n阶拉格朗日插值多项式的代数表达式为

 称为插值节点,包含插值节点的区间称为插值区间。

通过在线路路径中实测部分加密点，运用拉格朗日多项式，对平断面线性内插拟合，提高断面精度，拟合后精度如图4.3.1所示。

图4.3.1资三卫片立体测图拟合后断面（红线）与实测中心断面（黑线）对比图

可以明显看出拟合后资三卫片立体测图平断面高程精度已基本和实测断面高程精度一致，计算出拟合后平断面高程中误差为0.28m，满足断面1:500的精度要求，满足输电线路施工图阶段勘测设计的使用要求。

4.4资三卫片立体测图精度误差分析和注意事项

通过以上测试分析，我们认为资三卫片立体测图技术粗差主要来源如下：

1) 受资三立体卫片自身精度的影响，要处理出比该精度更高一个层次的产品是不现实的。只有借助其他辅助工作并进行一定数据处理，才能进一步提升其采集得平断面高程精度。

2) 资三卫片云量覆盖的影响。根据规范，合格卫片影像标准云量覆盖为小于15%，作为大面积的资三卫片而言，少量云层覆盖也是难以避免，在云量覆盖区域、影像模糊区域，卫片立体测图将受到较大影响，导致DOM和DEM无法被正确计算，从而与实际测量结果产生较大差异。

3) 我们在卫片处理生产出的DEM是非精编处理的的DSM（数字地表模型）数据，测区内地物的高度，如树木高度、建筑物高度，都将影响生成的DEM数据精度，这都是造成有较大差值的原因。

针对以上原因分析，我们提出下以技术建议，提高资三卫片立体测图精度和运用价值：

1)尽量获取影像清晰度高，运量覆盖面小的资三卫片作为基础数据，进行卫片数据处理。特别是沿输电线路路径区域不应有云层遮盖。

2) 像控点布设方案推荐使用均匀分布9点法。该方案工作量最小，精度最高，为保证该方案的精度，可以在外业现场多采集几个多余观测点，选择精度最高的9个像控点进行数据处理。

3) 同时在像控点外业量测和影像刺点过程中，应充分选择在影像清晰、高程变化较小的固定地物交角处，应注意规避云量覆盖区域、影像模糊区域。

4) 同时，可利用同样覆盖全球的Google earth影像作为补充数据，辅助资三卫片立体测图过程中的影像识别，以提高资三卫片的使用价值。

4.5经济效益及工期比对

假设以单条100km境外山区输电线路施工图阶段勘测设计作为新技术实施方案比较，使用资三卫片立体测图技术与常规工程测量进度工期效益比较如表4.4.1和表4.4.2所示。

表4.4.1 100km境外山区线路勘测设计工期比对表

 表4.4.1 100km境外山区线路勘测设计成本比对表(单位:人民币)

按核算工作量计算，100km输电线路引用资三卫片立体测图技术完成施工图阶段勘测设计任务约需要58天，对应的常规测量方式完成需86天，节约天数28天，以境外项目勘测团队日均费用2万元计算，节约费用可达56万元，采购覆盖全区域资三卫片费用约为3万元。工作效率、生产效益均取得很好的成绩。

5结论与展望

应用资三卫片立体测图技术具有一定前瞻性，在基础测绘资料匮乏、难以开展其他先进测绘技术手段的境外电力工程中有较好的应用价值，其优势如下：

1)卫星覆盖范围广，重访周期短，数据采集方便快捷，可实现全球除两极地区外的所有立体卫片的快速获取。

2)成本造价低。作为国产立体卫片，价格优势明显，影像质量稳定，成图效率高。

3)在境外电力工程中，测绘资源匮乏，资三卫片立体测图技术的效果被重点突出，经过分步作业处理，能较好地满足境外送电线路勘测设计需求，实现测区输电线路路径优化，推进工程外业勘测设计的实施，从而提高作业效率，节省生产成本。

总体而言，资三卫片立体测图技术在境外工程中有较好的运用前景，在其高程和平面精度范围之内，选择好恰当的使用方式，可以起到较好的运用价值，促进境外电力工程勘测设计的组织开展和实施，值得我们的进一步研究。

参考文献

[1] 李德仁,王密.“资源三号”卫星在轨几何定标及精度评估[J].航天返回与遥感,2012,33(3):1-6.

[2] 白峰,刘玲. 高分辨率卫星影像立体测图分析研究[J]. 测绘与空间地理信息,2013,36(10):233-235.

[3]马治,熊康军,陶源,等.基于资源三号卫星影像的1:50000数据生产试验[J].测绘与空间地理信息,2012,35(11):214-216.

[4]王素敏,李向英,何劲.资源三号卫星影像测绘性能分析[J].影像技术,2013,(3):48-49.

[5] 徐文,龙小祥,喻文勇,等.“资源三号”卫星三线阵影像几何质量分析[J].航天返回与遥感,2012,33(3):55-64.