对地观测卫星激光测高数据处理理论与应用(唐新明,李国元著)思维导图

第2讲地理信息技术在区域地理环境研究中的应用[考纲展示]1．遥感(RS)在资源普查、环境和灾害监测中的应用。

2.全球定位系统(GPS)在定位导航中的应用。

3.地理信息系统(GIS)在城市管理中的功能。

4.数字地球的含义。

考情分析核心素养思维导图以实际生产生活的实例与有关影像资料为情境，考查“3S”技术及其应用。

1.综合思维：结合“3S”图文材料、综合分析“3S”技术在资源、环境、农业、城市、灾害等方面的应用。

2.地理实践力：结合当地实际认识“3S”技术在生产、生活中的应用、如汽车导航、天气预报、城市管理等。

授课提示：对应学生用书第220页[基础自查]知识清单[特别提醒]术系统。

2.与地理信息技术的关系数字地球不等同于“3S”技术的综合，而是遥感技术、全球定位系统、地理信息系统、虚拟技术、网络技术等各种技术的综合利用；“3S”技术仅仅是数字地球的部分支撑技术。

[深化探究]1．地理信息系统的实质就是地图吗？提示不是。

地理信息系统与地图是两个完全不同的概念。

地图一般是用比例尺、方向、图例、注记以及等值线等来解释地理事物的有关内容。

而地理信息系统则是地图的延伸，它通过采集、处理数据，建立模型来表示地理事物的有关内容。

2．在信息的获取和处理方面，遥感技术有哪些优点？提示视域广阔，监测范围大。

瞬时成像、实时传输、快速处理，迅速获取信息和实施动态监测。

受地面条件限制少，获取信息量大。

3．数字地球是不是“3S”技术的综合？提示不是。

数字地球不等同于“3S”技术的综合，而是遥感技术、全球定位系统、地理信息系统、虚拟技术、网络技术等各种技术的综合利用。

“3S”技术即遥感(RS)、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)三个部分。

它仅仅是数字地球的部分支撑技术。

4．遥感与地理信息系统有何区别与联系？提示遥感是人的视力的延伸，它侧重于收集信息的感知手段，尤其对于大范围、大面积、人力不易观测的地物信息的获取，本质上是“看”的过程。

对地观测卫星知识图谱的构建与应用目录一、内容描述 (2)1.1 研究背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 知识图谱概述 (5)二、对地观测卫星基础 (6)2.1 对地观测卫星定义与分类 (7)2.2 对地观测卫星系统组成 (8)2.3 对地观测卫星数据获取与处理 (9)三、知识图谱构建方法 (11)3.1 知识图谱构建流程 (12)3.2 关系抽取与实体识别技术 (13)3.3 图谱存储与查询 (15)四、对地观测卫星知识图谱应用 (16)4.1 农业监测 (17)4.1.1 土壤水分监测 (19)4.1.2 植被覆盖度监测 (20)4.2 灾害监测与评估 (22)4.2.1 地震灾害监测 (23)4.2.2 洪水灾害监测 (24)4.3 城市规划与建设 (26)4.3.1 城市热岛效应监测 (27)4.3.2 建筑物分布监测 (28)4.4 能源勘探 (30)4.4.1 煤炭资源勘探 (31)4.4.2 油气资源勘探 (32)五、案例分析 (33)5.1 案例一 (34)5.2 案例二 (35)六、结论与展望 (36)6.1 研究成果总结 (37)6.2 存在问题与不足 (38)6.3 未来发展趋势与展望 (39)一、内容描述对地观测卫星知识图谱是一种以卫星数据和地理信息为基础，通过构建一个包含各种对地观测卫星及其应用领域的知识库，从而实现对地观测卫星信息的智能化管理和应用。

该知识图谱涵盖了卫星的类型、性能、应用领域、运行情况等多个方面，为相关领域的研究和应用提供了便捷的查询和分析手段。

在构建对地观测卫星知识图谱的过程中，我们首先需要对各类对地观测卫星进行详细的分类和描述，包括其轨道特性、分辨率、观测手段、数据格式等关键信息。

还需要收集和整理这些卫星的应用案例，了解其在各领域的具体应用效果和价值。

通过这些工作，我们可以形成一个全面、系统的卫星知识库，为后续的知识图谱构建和应用奠定坚实的基础。

浅析星载激光测高数据处理方法摘要：地球科学激光测高系统GLAS (Geoscience Laser Altimeter System)作为全球首个连续对地观测的星载激光雷达测高系统，在极地冰川监测、陆地林业资源调查和平坦地区高程控制点提取等多领域得到了广泛应用。

目前，在建筑区等非平坦地形区域使用大光斑激光雷达测高数据作为高程控制点辅助遥感影像摄影测量的相关研究和应用成果非常稀少。

基于此，本文阐述了激光雷达系统的观测机理，主要包括激光雷达方程推导和回波信号的高斯模型简化；最后对全波形激光雷达的测距原理、波形滤波和全波形分解参数提取等基础内容进行了系统的总结。

关键词：星载激光；测高；数据处理；1引言星载激光测高（SLA）、卫星雷达测高（SRA）和卫星激光测距（SLR）三种技术既有关联又有区别。

受激光测高仪硬件载荷以及数据处理软件等技术条件限制，人们对星载激光测高技术的关注度相对较少，在一定程度上制约了对地观测领域的国产激光测高卫星发展。

为凸显星载激光测高技术的独特地位，对三种技术进行系统的对比分析是非常必要的。

星载激光测高技术足通过将激光测高仪搭载在卫星平台上，向地面固定频率发射激光脉冲，通过测量激光脉冲往返的时间间隔计算星地的绝对距离，结合精密的卫星轨道、姿态和激光指向角等参数来获得激光足印点的绝对高程值。

其中最具代表性的星载激光测高系统是全球首颗用于连续对地观测的地球科学测高系统（GLAS）。

卫星雷达测高技术同样采用卫星平台搭载微波雷达高度计戟荷，进行地面点定位以及测定地球形状、大小和重力场。

卫星激光测跖技术则采取地对帘的观测方A，在地面工作站人工目视跟踪观测装有激光发射棱镜的人造卫星或月球等地外天体，通过测定发射激光脉冲到接收脉冲的时间间隔来测定地面观测站的激光测距系统几何中心到地外天体的绝对距离。

其次，足印大小和观测对象是区分卫星雷达测高与星载激光测高的显著指标。

卫星雷达测高的足印大小基本在千米级，观测对象以海洋为主；而星载激光测高的足印大小一般在10-100m，如GLAS的标称足印大小为72m，主要对极地冰盖和陆地林区进行观测。

引用格式：谢栋平,李国元,赵严铭,杨雄丹,唐新明,付安民.美国GEDI天基激光测高系统及其应用[J].国际太空.2018,(12):39-42.美国 GEDI 天基激光测高系统及其应用谢栋平1,2，李国元2，赵严铭2，杨雄丹1,2，唐新明2，付安民31. 辽宁工程技术大学，辽宁阜新1230002. 国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心，北京1000483. 国家林业和草原局调查规划设计院，北京100714摘要：本文对美国最新的天基激光测高系统全球生态系统动力学调查GEDI （Global Ecosystem Dynamics Investigation Lidar）任务概况、发射计划、仪器参数及数据产品分级和解决的科学问题做了相关介绍，并从生物量及其变化、森林管理以及碳循环、地形和形变以及水资源调查四个方面对GEDI数据的应用研究做了展望，以期对国内激光测高卫星的发展与应用提供参考。

关键词：GEDI；激光测高系统；碳汇；森林垂直结构；生物多样性中图分类号：P236/71．引言星载激光测高具备主动获取全球地表及目标三维信息的能力，能为快速获取包括境外地区在内的三维控制点以及立体测图提供服务，同时在极地冰盖测量、植被高度及生物量估测、云高测量、海面高度测量以及全球气候监测等方面都可以发挥重要作用。

美国分别于2003 年和2018 年发射了世界上第一颗激光测高卫星ICESat-1 和ICESat-2 外，还于2018 年12 月5 日（当地时间）发射全球生态系统动力学调查雷达（GEDI），GEDI 搭载了全球首台用于高分辨率森林垂直结构测量的多波束线性体制的激光测高仪，主要用于热带和温带地区的森林冠层高度、垂直结构、地面高程等的精准测量。

2．GEDI任务介绍和发射情况GEDI在2014年被美国国家航空航天局（NASA）选中执行地球风险投资工具（EVI）任务，成本为9400 万美元，任务周期为 2 年，覆盖范围是南纬51.6°到北纬51.6°。

卫星激光测高严密几何模型构建及精度初步验证唐新明;李国元;高小明;陈继溢【期刊名称】《测绘学报》【年(卷),期】2016(045)010【摘要】采用星载激光测高仪辅助提高卫星立体影像几何定位精度特别是高程精度,已经得到了航天摄影测量界的重视,计划于2018年发射的高分七号卫星上将同时搭载光学立体相机和激光测高仪。

虽然,已有相关文献针对美国的 ICESat (Ice,Cloud,and land Elevation Satellite)卫星上搭载的地球科学激光测高系统(Geo-science Laser Altimeter System,GLAS)的几何模型和产品精度作了相关介绍,但对其严密的几何定位模型和精度验证目前还没有系统性的阐述。

本文较全面地对激光测高卫星的严密几何模型进行了构建与精度分析,并选择 ICESat/GLAS 的0级辅助文件,采用严密几何模型重现了2级产品的生产过程。

将本文计算的结果与 ICESat/GLAS的结果进行了对比分析,其中基于几何模型的高程误差约11 cm,平面误差在3 cm 以内,表明所提出的严密几何模型的正确性,同时采用新发射的资源三号02星的激光测高数据进行了初步处理和验证。

相关结论可为国产高分后续卫星的激光测高数据处理提供参考。

【总页数】10页(P1182-1191)【作者】唐新明;李国元;高小明;陈继溢【作者单位】武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉 430079; 国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心，北京 100048;武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉430079; 国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心，北京 100048;国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心，北京 100048;国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心，北京 100048【正文语种】中文【中图分类】P236【相关文献】1.资源三号测绘卫星三线阵成像几何模型构建与精度初步验证 [J], 唐新明;张过;祝小勇;潘红播;蒋永华;周平;王霞;郭莉2.ALOS卫星PRISM影像严格几何模型的构建与验证 [J], 范大昭;刘楚斌;王涛;雷蓉;唐新明3.利用卫星激光测高分析SRTM数字高程模型的精度 [J], 聂琳娟;范春波;超能芳4.高分七号卫星双波束激光测高仪在轨几何检校与试验验证 [J], 唐新明;刘仁;朱广彬;欧阳斯达;唐洪钊;陈辉;谢俊峰;莫凡;窦显辉;李新;李少宁;李松;黄庚华;付兴科5.高分七号卫星激光测高数据处理与精度初步验证 [J], 李国元;唐新明;陈继溢;么嘉棋;刘诏;高小明;左志强;周晓青因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一、概述地球观测卫星是目前国际上大规模开展的一项重要卫星观测活动之一，其能够提供各种地表和地球系统的遥感信息。

而地面测高数据处理方法在地球观测卫星中起着至关重要的作用，它是利用卫星搭载的激光雷达对地面进行精密高程测量，在地理信息系统、地质调查、地形分析和环境监测等领域有着较为广泛的应用。

本文将重点阐述对地观测卫星激光测高数据的处理方法与工程实践。

二、对地观测卫星激光测高数据处理方法1. 数据获取我们需要从卫星的激光雷达系统中获取激光测高数据。

这些数据往往以大量的点云数据的形式存在，包含了地表各个点的三维坐标信息和反射强度。

2. 数据预处理激光测高数据预处理是非常必要的一步。

首先是数据去噪和滤波，这样可以消除一些无效点，提高数据的准确性和精度。

然后是建立坐标系统，进行坐标系的转换和配准，以确保数据的一致性和统一性。

3. 高程提取高程提取是激光测高数据处理的核心部分。

常见的高程提取算法包括三角测量法、插值法、地面分割法和地形特征提取法。

这些方法可以根据不同的地形和地貌特征选择合适的算法进行高程提取，并得到地表各点的高程信息。

4. 精度评定在对地观测卫星激光测高数据进行处理之后，需要对处理结果进行精度评定。

这个过程包括了对处理结果进行验证和校正，以确保测高数据的准确性和精度。

三、对地观测卫星激光测高数据工程实践1. 地质调查在地质调查中，对地观测卫星激光测高数据可以提供地表高程信息，帮助地质调查人员了解地形的起伏和地貌的变化，为地质勘探和资源开发提供数据支持。

2. 地理信息系统在地理信息系统中，激光测高数据可以被用于制图和地图更新，提供更加精确的地图信息和地理数据，为城乡规划、土地利用和环境监测提供数据基础。

3. 地形分析在地形分析中，激光测高数据可以用于地形参数的提取和地形特征的分析，为地形测量和地貌研究提供数据支持。

4. 环境监测在环境监测中，对地观测卫星激光测高数据可以用于监测地表高程的变化，检测自然灾害、城市扩张和土地沙漠化等情况，为环境保护和资源管理提供数据支持。

卫星测绘知识点总结图一、卫星测绘基本原理1. 卫星测绘是通过卫星载荷对地球表面进行高分辨率、高精度的遥感观测，获取地面信息，进而制作地图和进行空间分析。

2. 卫星遥感技术是利用卫星携带的遥感传感器在不直接接触地面的情况下获取地面信息的技术，主要包括光学遥感、雷达遥感和红外遥感等。

3. 卫星遥感可获取的信息包括地形、地貌、植被、土壤、水体、城市建筑等，为测绘制图提供了丰富的数据来源。

二、卫星遥感影像处理1. 卫星遥感影像处理包括数据预处理、图像配准、图像增强、图像分类等多个环节，旨在提取出地面的有用信息。

2. 数据预处理包括辐射校正、大气校正、几何校正等，主要是对原始遥感影像数据进行去除干扰和修正，使之符合实际情况。

3. 图像配准是将不同卫星遥感影像或同一区域不同时间的影像进行准确地对齐，以便进行时序分析或多源数据融合分析。

4. 图像增强是通过数学方法改善影像的视觉效果，提高图像的观察能力，主要包括直方图均衡化、滤波增强等。

5. 图像分类是将遥感影像中的像元归为不同类别的过程，以便进一步进行地图制图和资源管理。

三、卫星测绘地图制图1. 卫星测绘制图是将卫星遥感数据和其他地理信息数据进行整合，生成数字地图和卫星影像地图，用于空间分析和资源管理。

2. 数字地图主要包括等高线地图、地形图、地形图、城市规划图等，是地理信息系统（GIS）数据源之一。

3. 卫星影像地图是将卫星遥感影像进行地图投影和地理配准后形成的地图，可以用于观测地表特征和变化。

4. 地图制图不仅需要对遥感影像数据进行处理，还需要结合实地调查和其他地理信息数据，保证地图的准确性和完整性。

四、卫星测绘数据应用1. 农业领域：利用卫星遥感技术可以监测农作物生长情况、灾害监测和农田规划，提高农业生产效率。

2. 地质勘探：卫星测绘技术可用于地质矿产资源勘查、地质灾害监测和矿山环境保护等领域。

3. 城市规划：卫星测绘技术可用于城市土地利用规划、城市更新、交通规划等，提高城市规划的科学性。

激光测高卫星的发展与展望唐新明;李国元【期刊名称】《国际太空》【年(卷),期】2017(000)011【总页数】6页(P13-18)【作者】唐新明;李国元【作者单位】国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心;国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心【正文语种】中文一直以来，国内有些学者对卫星激光测高（SLA）、卫星雷达测高（SRA）、卫星激光测距（SLR）3种不同的技术产生混淆，而后两者技术发展相对较快，导致对卫星激光测高的关注度不高，客观上制约了国产激光测高卫星的发展。

文章从3种技术对比入手，对国内外激光测高卫星的发展现状进行了较为详细的梳理，对美国未来几年对地观测激光测高领域的前端部署进行了介绍，以期引起国内对卫星激光测高技术更多的关注，能够制定更为科学的国产激光测高卫星发展规划。

2016年5月30日，我国首颗高精度民用立体测图卫星资源－3卫星01星的后续星02星顺利发射，02星上搭载了国内首台对地观测激光测高试验性载荷，主要用于测试激光测高仪的硬件性能，探索高精度高程控制点数据获取的可行性，以及采用该数据辅助提高光学卫星影像无控立体测图精度的可能性。

在此之前，对地观测的卫星激光测高数据处理及应用的研究在国内基本处于空白或刚刚起步的阶段。

欧美发达国家经过几十年的发展，特别是美国在卫星激光测高方面已经积累了丰富的经验和应用成果。

系统性地梳理总结国内外尤其是欧美国家在激光测高卫星领域的发展及趋势，对于指导我国发展自主激光测高卫星观测体系具有重要的借鉴与指导作用。

严格来说，卫星激光测高属于卫星激光雷达的一个子类。

卫星激光雷达总体上包括：用于测CO2等大气含量的差分吸收激光雷达、测风场的多普勒激光雷达、测云层与气溶胶的后向散射激光雷达，以及测高激光雷达，前三者在国外已经得到了广泛的应用，美欧已经发射了相应的星载激光载荷，如“正交偏振云-气溶胶激光雷达”（CALIOP）、“空间激光雷达试验”（LITE）、“后向散射光雷达”（ATLID）和“阿拉丁”（ALADIN）新型大气激光多普勒效应仪。

㊀２０２１年１０月A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a O c t o b e r,２０２１㊀㊀第５０卷㊀第１０期测㊀绘㊀学㊀报V o l．５０,N o．１０引文格式:李国元,唐新明,陈继溢,等．高分七号卫星激光测高数据处理与精度初步验证[J]．测绘学报,２０２１,５０(１０):１３３８Ｇ１３４８．D O I:１０．１１９４７/j．A G C S．２０２１．２０２１００２５．L IG u o y u a n,T A N G X i n m i n g,C H E N J i y i,e ta l．P r o c e s s i n g a n d p r e l i m i n a r y a c c u r a c y v a l i d a t i o no ft h e G FＧ７s a t e l l i t el a s e ra l t i m e t r y d a t a[J]．A c t aG e o d a e t i c a e tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a,２０２１,５０(１０):１３３８Ｇ１３４８．D O I:１０．１１９４７/j．A G C S．２０２１．２０２１００２５．高分七号卫星激光测高数据处理与精度初步验证李国元１,２,３,唐新明１,２,３,陈继溢１,么嘉棋１,２,刘㊀诏１,高小明１,３,左志强１,周晓青１１．自然资源部国土卫星遥感应用中心,北京１０００４８;２．山东科技大学测绘与空间信息学院,山东青岛２６６５９０;３．江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心,江苏南京２１００２３P r o c e s s i n g a n d p r e l i m i n a r y a c c u r a c y v a l i d a t i o no f t h e G FＧ７s a t e l l i t el a s e r a l t i m e t r y d a t aL IG u o y u a n１,２,３,T A N G X i n m i n g１,２,３,C H E N J i y i１,Y A O J i a q i１,２,L I U Z h a o１,G A O X i a o m i n g１,３,Z U O Z h i q i a n g１,Z H O UX i a o q i n g１１．L a n d S a t e l l i t e R e m o t e S e n s i n g A p p l i c a t i o n C e n t e r,M i n i s t r y o f N a t u r a lR e s o u r c e s,B e i j i n g１０００４８,C h i n a;２．C o l l e g eo fG e o d e s y a n dG e o m a t i c s,S h a n d o n g U n i v e r s i t y o fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,Q i n g d a o２６６５９０,C h i n a;３．J i a n g s uC e n t e r f o rC o l l a b o r a t i v e I n n o v a t i o n i nG e o g r a p h i c a l I n f o r m a t i o nR e s o u r c eD e v e l o p m e n t a n dA p p l i c a t i o n, N a n j i n g２１００２３,C h i n aA b s t r a c t:G FＧ７s a t e l l i t ei se q u i p p e d w i t ht h ef i r s tf u l l w a v e f o r ml a s e ra l t i m e t e ro fC h i n af o re a r t h o b s e r v a t i o n,w h i c h i sm a i n l y u s e d t oo b t a i n s p a r s ee l e v a t i o nc o n t r o l p o i n t s o n t h e g r o u n d,a n du l t i m a t e l y i m p r o v e t h e s t e r e om a p p i n g a c c u r a c y o f s t e r e o i m a g e sw i t h o u t g r o u n dc o n t r o l p o i n t s．T h e l a s e ra l t i m e t r y s t a n d a r d i z a t i o n p r o c e s s i n g o f G FＧ７s a t e l l i t e i s t h e k e y s t e p o f s u r v e y i n g a n dm a p p i n g a p p l i c a t i o n,a n d t h e g e n e r a t e d l a s e ra l t i m e t r y s t a n d a r d p r o d u c t sa r et h ei m p o r t a n t p r e m i s eo fs u b s e q u e n td i s t r i b u t i o na n d a p p l i c a t i o n．B a s e do nt h e G FＧ７s a t e l l i t el a s e ra l t i m e t r y d a t a,t h i s p a p e rs t u d i e st h e m e t h o do f l a s e r a l t i m e t r y d a t a p r o c e s s i n g,a n d p r e l i m i n a r i l y v a l i d a t e s t h e g e o m e t r i ca c c u r a c y o f l a s e r a l t i m e t r y s t a n d a r d p r o d u c t s．T h r e e r e g i o n sa r es e l e c t e dt ov a l i d a t et h ea c c u r a c y o fG FＧ７s a t e l l i t e l a s e ra l t i m e t r y s t a n d a r d p r o d u c t s,w h i c h c o n t a i n t h e d o m e s t i c g e o m e t r i c c a l i b r a t i o n a r e a,H u a y i n o f S h a a n x i p r o v i n c e,N o r t h R h i n eＧW e s t p h a l i ao f G e r m a n y．T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p l a n i m e t r i c a c c u r a c y o f l a s e r a l t i m e t r y s t a n d a r d p r o d u c t s S L A０３i n c a l i b r a t i o na r e ai s(３．８９６ʃ１．０２９)m a n d(３．２８６ʃ０．３３７)m,a n de l e v a t i o na c c u r a c y i s(０．０１８ʃ０．０９９)m,(－０．０１７ʃ０．０９６)m i n r e s p e c t i v e l y f o r t h e t w oＧb e a m l a s e r s．M o r e o v e r,t h e e l e v a t i o n c o n t r o l p o i n t q u a l i t y c o n t r o l p a r a m e t e r EC P_F l a g c a n e f f e c t i v e l y i d e n t i f y t h e l a s e r p o i n t s t h a t c a nb eu s e d f o r e l e v a t i o n c o n t r o l．T h e o v e r a l la c c u r a c y o fS h a a n x iH u a y i na r e ai s(－０．１１３ʃ２．５１９)m a n d(０．１９１ʃ１．０７１)m, r e s p e c t i v e l y f o r t h e t w ob e a m s．T h e e l e v a t i o na c c u r a c y o f l a s e r p o i n t sm a r k e dw i t h E C P_F l a g＝１i s(０．１１１ʃ０．１５２)ma n d(－０．０６４ʃ０．１１５)m．T h eo v e r a l l a c c u r a c y o f N o r w i c h i nG e r m a n y i s(－０．８９７ʃ５．４８５)ma n d (－０．２０２ʃ６．２０７)m,a n d t h ee l e v a t i o na c c u r a c y o f l a s e r p o i n t sm a r k e dw i t hE C P_F l a g＝１i s(－０．３０４ʃ０．１９０)ma n d(－０．２７９ʃ０．２２０)m,r e s p e c t i v e l y f o r t h e t w o b e a m s．A t p r e s e n t,t h e l a s e r a l t i m e t r y s t a n d a r d p r o d u c t s o f G FＧ７s a t e l l i t e h a v e b e e n d a i l y p r o d u c e d i n t h e L a n dS a t e l l i t eA p p l i c a t i o nC e n t e r o f t h eM i n i s t r y o f N a t u r a l R e s o u r c e s．K e y w o r d s:G FＧ７s a t e l l i t e;s a t e l l i t el a s e ra l t i m e t r y;s t a n d a r d p r o d u c t;a c c u r a c y v a l i d a t i o n;e l e v a t i o n c o n t r o l p o i n tF o u n d a t i o n s u p p o r t:T h eN a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no f C h i n a(N o．４１９７１４２５);T h eS p e c i a l F u n d f o r H i g hR e s o l u t i o n I m a g e s S u r v e y i n g a n dM a p p i n g A p p l i c a t i o nS y s t e m(N o．４２ＧY３０B０４Ｇ９００１Ｇ１９/２１)摘㊀要:装备在高分七号卫星上的是我国首个具备全波形记录功能的激光测高仪,主要用于获取地面稀Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第１０期李国元,等:高分七号卫星激光测高数据处理与精度初步验证疏的高程控制点,提高了同平台立体影像无地面控制点的立体测图精度.高分七号卫星激光测高标准化处理是测绘应用的关键步骤,所生成的激光测高标准产品是后续对外分发和业务化应用的重要前提.本文围绕高分七号卫星的激光数据,研究了激光测高数据处理方法,验证了激光测高标准产品的几何精度.选择几何定标区以及陕西华阴㊁德国北威州等多个验证区,结合高精度外业测量点和机载L i D A RＧD S M数据,对高分七号卫星激光测高标准产品开展精度验证.验证结果表明,高分七号S L A０３产品定标区两波束激光的平面精度分别为(３．８９６ʃ１．０２９)m和(３．２８６ʃ０．３３７)m㊁高程精度分别为(０．０１８ʃ０．０９９)m和(－０．０１７ʃ０．０９６)m.采用高程控制点质量控制参数E C P_F l a g能有效标识出可用于高程控制的激光点,其中陕西华阴验证区两波束激光总体精度分别为(－０．１１３ʃ２．５１９)m和(０．１９１ʃ１．０７１)m,经质量控制后E C P_F l a g标记为１的激光点高程精度为(０．１１１ʃ０．１５２)m和(－０．０６４ʃ０．１１５)m;德国北威州总体精度为(－０．８９７ʃ５．４８５)m和(－０．２０２ʃ６．２０７)m,E C P_F l a g标记为１的激光点高程精度为(－０．３０４ʃ０．１９０)m和(－０．２７９ʃ０．２２０)m.目前高分七号卫星激光测高标准产品已在自然资源部国土卫星遥感应用中心实现业务化生产.关键词:高分七号卫星;卫星激光测高;标准产品;精度验证;高程控制点中图分类号:P２０１;P２２８．３㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀文章编号:１００１Ｇ１５９５(２０２１)１０Ｇ１３３８Ｇ１１基金项目:国家自然科学基金(４１９７１４２５);高分遥感测绘应用示范系统(二期)(４２ＧY３０B０４Ｇ９００１Ｇ１９/２１)㊀㊀激光测高卫星是对地观测卫星的重要组成部分[１Ｇ２].美国先后于２００３年㊁２０１８年发射了冰㊁云和陆地高程卫星(i c e㊁c l o u da n d l a n de l e v a t i o n s a t e l l i t e,I C E S a t)及后续卫星I C E S a tＧ２,在极地变化监测㊁湖泊水位测量㊁高精度地形测量等领域得到广泛应用,成为发展激光测高卫星的成功案例[３Ｇ４],并于２０１８年１２月在国际太空站上成功装备了全球生态系统动力学调查(g l o b a l e c o s y s t e m d y n a m i c s i n v e s t i g a t i o n,G E D I)[５]多波束激光测高仪.虽然我国目前还没有专门的激光测高卫星,但在２０１６年发射的资源三号０２星,成功实现了试验性激光测高载荷对地观测的高程有效测量,并验证了提升立体影像无控高程精度的可行性[６Ｇ７].２０１９年１１月３日成功发射的高分七号(G FＧ７)卫星上装备的业务化应用的全波形激光测高仪,能为快速获取高程控制点㊁监测大型湖泊水位变化等提供高精度数据支撑[８].标准化测绘处理是国产卫星激光测高产品走向工程化应用的基础和前提.我国对月观测的 嫦娥 系列卫星上搭载过激光测高系统[１,９],但其观测条件㊁仪器性能㊁精度指标等与对地观测有很大区别.此外,国外虽然先后建立了I C E S a t/ G L A S㊁I C E S a tＧ２/A T L A S㊁G E D I等为代表的卫星激光测高产品体系[３Ｇ５,１０],但其载荷与国内存在一定差异,如国产的高分七号卫星激光测高仪同时配备了足印相机而国外没有.因此,研究国产高分七号卫星激光测高标准化处理方法及产品设计,具有非常重要的现实意义和应用价值.围绕激光测高数据处理及产品设计,文献[１１]研究了卫星激光测高严密几何模型㊁对影响激光精度的卫星轨道和姿态㊁指向角㊁大气㊁潮汐㊁光行差等进行了较深入地分析;文献[１２]针对资源三号０２星激光测高仪数据处理,并从指向角㊁观测时间㊁侧摆等方面进行了质量评价分析;文献[１３]针对大气折射对激光测距精度影响进行了研究,目前已经形成较成熟的方案,但目前大气散射的影响及校正还有待深化[１４Ｇ１５];文献[１６ １９]对卫星激光测高误差及精度等进行分析,并明确指出坡度是影响测高精度的一个重要因素[１９].国产卫星激光测高产品设计相关研究则基本为空白.本文结合高分七号激光测高数据特点,研究了高分七号激光测高产品分级㊁标准产品数据处理流程㊁产品结构等内容,然后利用多个验证区外业测量结果验证了标准产品平面和高程精度.所得结论对我国后续激光测高卫星数据处理㊁精度评定具有重要的示范价值.１㊀高分七号卫星激光测高仪特点１．１㊀高分七号卫星激光测高仪概况高分七号卫星激光测高系统包括２波束激光器,以３H z的工作频率向地面发射１０６４n m波长的激光脉冲,在地面形成沿轨间隔约２．４k m㊁垂轨间隔约１２．２５k m的离散激光光斑,如图１所示.对应２０k mˑ２０k m幅宽的线阵遥感影像范围内有２列共１６个激光点.高分七号激光测高仪主要技术指标见表１.９３３１Copyright©博看网 . All Rights Reserved.O c t o b e r ２０２１V o l ．５０N o ．１０A G C Sh t t p :ʊx b ．s i n o m a ps ．c o m 表１㊀激光测高仪主要技术指标[２０]T a b ．１㊀M a i n t e c h n i c a l i n d i c a t o r s o f l a s e r a l t i m e t e r指标设计值测量范围４５０~６００k m测距精度设计值:ɤ０．３m (坡度小于１５ʎ)激光波束２波束激光重复频率３H z单脉冲激光能量初期不低于(１８０ʃ２)m J,激光器工作１ˑ１０８次后,脉冲能量衰减不超过１０％激光器工作波长(１０６４ʃ０．５)n m激光发散角在轨测试结果,波束１:３８u r a d;波束２:４２u r a d 光斑直径在轨测试结果,波束１:１９m ;波束２:２１m激光脉冲宽度５~７n s激光发射和回波采样频率２G H z激光发射和回波量化位数１０b i t足印相机地面像元分辨率３．２m (＠５０５．９８４k m )足印相机视场角ɤʃ０．１ʎ足印影像量化位数１４b i t １．２㊀高分七号卫星激光测高数据特点高分七号卫星激光测高系统在获取全波形数据的同时,利用足印相机记录激光的发射光斑强度分布及地面落点位置周围的地物影像,通过影像匹配实现激光与线阵遥感影像的几何关联.激光器与足印相机有两种协同工作模式,即同步模式和异步模式.在同步模式下,足印相机对激光光斑和地物同时成像,形成一幅具有激光光斑的足印影像,为避免偏亮的光斑分布影像与实际落点位置地物影像重叠,影响地物的解译与识别,硬件设计时进行了激光波束指向在足印影像上约０．４ʎ的偏移,实现激光光斑和实际落点地物的分离,通过外场几何定标可获得实际落点位置相对于光斑质心的偏移量,如图２所示.异步模式下,足印相机在激光脉冲发射的前㊁后曝光形成两幅地物影像,且在激光发射时曝光形成光斑影像,如图３所示.激光足印相机指向记录方式的误差来源于激光导光光路(图４中红色线部分),在激光光轴指向与足印相机耦合关系非常稳定的前提下,该误差理论上可视为一个常数,对应在足印影像(l a s e rf o o t p r i n t i m a g e ,L F I )上为一个平移量.在实验室通过严密的测量建立了激光光斑质心与落点位置的转换关系,通过在轨定标可以确定激光的落点在足印影像的真实位置,通过监视光斑质心变化可以确定实际落点位置是否发生变化.异步模式下可通过激光落点标定位置以及发射前后的地物影像内插,获得激光在地物影像上的实际像素位置.图５为高分七号卫星激光测高的原始回波波形数据样例,所代表的地表覆盖类型分别为裸地㊁建筑物和植被等.２㊀高分七号卫星激光数据处理２．１㊀产品分级结合高分七号卫星激光测高仪的特点,同时参考国外I C E S a t ㊁I C E S a t Ｇ２㊁G E D I 等多型卫星激光数据产品分级规范,对高分七号卫星激光测高产品分级见表２.表２㊀高分七号卫星激光测高产品分级信息表T a b ．２㊀G r a d i n g i n f o r m a t i o n t a b l e o f l a s e r a l t i m e t r ypr o d u c t s o fG F Ｇ７s a t e l l i t e 产品名称产品定义备注S L A ００原始二进制数据文件星上原始数据S L A ０１对S L A ００进行解码㊁整理㊁归类后的明码数据文件按需提供S L A ０２对S L A ０１产品结合定标参数㊁实时下传的姿态和轨道信息,经波形处理㊁基本几何定位的基础测距产品粗略几何定位和应急使用S L A ０３对S L A ０１或S L A ０２,结合精密轨道㊁精密姿态㊁大气和潮汐改正㊁全波形处理㊁足印影像测绘标准化处理,形成的激光测高标准产品已业务化生产,可对外分发S L A ０４气溶胶㊁光学厚度㊁云高等大气专题产品在研S L A ０５对S L A ０３进行质量控制和自动筛选提取后的高程控制点专题产品全球高程控制点,按需提供S L A ０６基于S L A ０３生产的大型湖泊水位专题产品南北向长度大于１０k m 的湖泊S L A ０３作为激光标准测绘产品,目前已在自然资源部国土卫星遥感应用中心实现业务化生产,可以对外分发供相关用户使用[２１].同时随着数据的积累,正在逐步构建全球高程控制点数据产品S L A ０５以及大型湖泊水位产品S L A ０６.鉴于高分七号激光较低的重频率和极地覆盖能力,目前林业及极地相关产品并未纳入产品体系中.同时考虑到大气在对地观测卫星中的特殊影响,气溶胶㊁光学厚度㊁云高等大气专题产品S L A ０４目前作为备选项进行了保留,后期将结合高分七０４３１Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第１０期李国元,等:高分七号卫星激光测高数据处理与精度初步验证号同平台的多光谱影像㊁足印影像及第三方的相关数据,逐步构建大气专题产品,对激光的精细化应用提供支撑.图１㊀高分七号卫星激光测高数据概况F i g ．１㊀D a t a a c q u i s i t i o nm e t h o d f o r l a s e r a l t i m e t r y ofG F Ｇ７s a t e l l i te 图２㊀同步曝光模式足印影像F i g ．２㊀L a s e r f o o t p r i n t i m a g e i n s y n c h r o n o u s e x po s u r em o d e ２．２㊀激光测高标准产品数据处理流程高分七号卫星激光测高标准产品S L A ０３是其他类专题产品的基础,类似I C E S a t Ｇ２卫星的A T L A S 系列产品中的A T L ０３(全球激光点地理定位产品).高分七号后续的高程控制点㊁湖泊水位等专题产品均可由S L A ０３标准产品经深加工而生成.标准产品S L A ０３的处理流程如图６所示,针对高分七号卫星激光测高数据,采用事后处理的精密轨道和姿态数据,并对大气㊁潮汐等环境影响进行精细改正得到的精确三维坐标[２,１１,２２]㊁具有精确地理信息的足印影像㊁标准化的波形特征参数等.处理步骤如下.１４３１Copyright©博看网 . All Rights Reserved.O c t o b e r ２０２１V o l ．５０N o ．１０A G C Sh t t p :ʊx b ．s i n o m a ps ．c om 图３㊀异步曝光模式足印影像F i g ．３㊀L a s e r f o o t p r i n t i m a g e i na s y n c h r o n o u s e x po s u r em o de 图４㊀高分七号卫星激光足印影像原理F i g ．４㊀P r i n c i p l e o f l a s e r f o o t p r i n t i m a ge o fG F Ｇ７s a t e l l i t e ㊀㊀(１)波形处理.对波形数据进行预处理,经高斯分解提取波形特征参数,结合发射和接收回波对应的时间差,计算激光传输的距离和粗定位位置.(２)大气改正.结合全球气象再分析资料,如美国国家环境预测中心(n a t i o n a lc e n t e r sf o re n v i r o n m e n t a l pr e d i c t i o n ,N C E P )发布的全球１ʎˑ１ʎ的每天４个时段的气象资料,利用激光的粗定位位置计算大气延迟改正值,获得精确距离值.图５㊀高分七号卫星激光测高的原始回波波形数据示例F i g ．５㊀E x a m p l e o f o r i g i n a l e c h ow a v e f o r md a t a o fG F Ｇ７s a t e l l i t e l a s e r a l t i m e t r y２４３１Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第１０期李国元,等:高分七号卫星激光测高数据处理与精度初步验证㊀㊀(３)足印影像处理.对足印影像进行预处理,提取激光光斑质心位置并分析其变化,根据定标结果在足印影像异步模式下合成虚拟足印影像.结合质心的位置变化和校正公式,对激光光斑的实际落点位置进行修正[２３Ｇ２４].(４)潮汐改正和精确位置解算.结合精确距离值㊁精密轨道和姿态数据㊁几何定标以及落点位置修正值,计算激光点的三维坐标,并叠加固体潮㊁海潮㊁极潮㊁负荷潮等各类潮汐改正.(５)质量控制标记.结合足印影像云检测㊁光轴监视相机光斑质心稳定性监测等对激光三维坐标的质量进行相应标记.激光测高精度不可避免受大气㊁地形㊁地物等因素的影响,质量控制是激光数据处理过程中的一个重要环节,也是非成像类卫星产品的一个难点问题.为尽量满足后续高程控制点应用的自动识别,在高分七号卫星激光测高标准产品处理过程中,综合采用了波形脉宽㊁波峰数㊁足印影像基本质量判断㊁地形坡度等信息[２２],增加了E C P _F l a g (e l e v a t i o nc o n t r o l p o i n t f l a g )字段,共标记了８类,除标记为１０的代表落水外,剩下的７级用于标识激光点作为高程控制点的可用性.S L A ０３产品中E C P _F l a g 标记为１㊁２㊁３的激光点表示建议高程控制点使用,其中标记为１的代表地形地物单一㊁坡度小于２ʎ,高程精度非常高,理论上应优于０．１７m ;标记为２的代表坡度小于５ʎ且回波中主峰面积和能量占优,精度较高,理论上优于０．４３m ;标记为３的代表坡度小于７．５ʎ,回波中主峰面积和能量基本占优,理论上精度优于０．６５m ,但因大光斑内地物影响,精度的可信度可能有一定不足;标记为４~６的不推荐为控制点,主要是地物类型比较复杂㊁波形分解的波峰数大于等于３个,且波形有展宽,但可考虑用于林业树高㊁建筑物高度等特征提取应用;标记为７代表该点信噪非常低㊁可靠性较差;标记为１０的代表根据地理位置和G L C ３０(g l o b a l l a n dc o v e r ,h t t p:ʊw w w．g l o b a l l a n dc o v e r ．c o m )地表覆盖分类判断该点落水,是位于水体上的激光点,不能用于高程控制点使用,后续可考虑用于大型湖泊水位测量应用.图６㊀高分七号卫星激光测高标准产品生产流程F i g ．６㊀P r o d u c t i o n p r o c e s s o fG F Ｇ７s a t e l l i t e l a s e r a l t i m e t r y st a n d a r d p r o d u c t ２．３㊀激光测高标准产品的具体构成高分七号卫星激光测高标准产品S L A ０３中包括波形数据㊁影像数据㊁激光足印三维坐标以及各种特征参数.主体文件以H D F ５格式存储,在３４３１Copyright©博看网 . All Rights Reserved.O c t o b e r２０２１V o l．５０N o．１０A G C S h t t p:ʊx b．s i n o m a p s．c o mH D F５文件内部,每个激光点存储在一个组(G r o u p)中,每个激光点的数据由若干字段组成,根据字段的具体内容分为６个子组(S u b G r o u p),包括综合信息(B a s i c_I n f o r m a t i o n)㊁足印影像信息(L F I_I n f o r m a t i o n)㊁波形信息(W a v e f o r m_ F e a t u r e)㊁地形地物信息(T e r r a i n F e a t u r e)㊁地球物理信息(G e o p h y s i c)㊁其他字段(O t h e r).其中,综合信息中包含激光点的编号㊁三维坐标㊁所属激光器等,足印影像信息中包含足印影像分辨率㊁激光落点在足印影像上的像素位置㊁足印影像数据体等,波形信息包含经滤波去噪等预处理后的发射和回波波形,经高斯分解后的波形特征参数等,地形地物信息中主要包含基于波形提取的激光光斑内的高程分层值㊁地表坡度等,地球物理信息中包含大气折射延迟距离改正值以及固体潮㊁极潮㊁海潮和负荷潮改正值,其他字段包含基于G L C３０获取的激光落点处地物覆盖类别㊁陆海标识.２．３．１㊀激光测高标准产品组织形式激光测高标准产品主要有数据主体文件㊁元数据文件㊁空间分布文件㊁激光三维坐标文件(表３).其中,主体文件为产品主体,存储了激光测高标准产品的所有信息.元数据文件为辅助文件,存储了激光测高标准产品的元信息.空间分布文件为S h a p e文件,包含了配套的辅助文件,一起存放于L a s e r R a n g e文件夹中.激光三维坐标文件为文本文件,提供各个激光点的索引㊁经度㊁纬度㊁高程㊁高程可用性标记等信息.表３㊀激光测高标准产品文件列表T a b．３㊀L i s t o f l a s e r a l t i m e t r y s t a n d a r d p r o d u c t f i l e激光测高标准产品文件格式文件名数据体H D F５文件∗．h５元数据X M L文件∗．x m l空间分布文件L a s e r R a n g e文件夹∗．s h p∗．d b f∗．p r j∗s h x 激光坐标文件文本文件∗．s l a２．３．２㊀激光测高标准产品命名规则激光测高标准产品统一命名为:S L A０３_G F７_０１_i i i i i i_E a a a．a_N b b．b_ Y Y Y YMM D D HHMM S S_X X X．H５/X M L/S H P 其中,S L A０３:测高标准产品在对地观测卫星产品体系中的类别编号.G F７_０１:高分七号０１卫星的简称.i i i i i i:卫星运营商定义的轨道编号.E a a a．a:该数据段中心经度,保留１位小数,东经为E,西经为W.N b b．b:该数据段中心纬度,保留１位小数,北纬为N,南纬为S.Y Y Y YMM D D:该数据段中心对应的日期,格式为年月日.HHMM S S:该数据段中心对应的时间,格式为时分秒.X X X:数据接收站简称,如MY C为密云站.３㊀高分七号卫星激光测高标准产品精度验证㊀㊀针对经业务化自动处理生产的S L A０３激光测高标准产品,开展平面和高程精度验证,其中平面精度验证采用地面探测器进行评价,高程精度采用实地R T KＧG P S测量点和L i D A RＧD S M进行验证分析.３．１㊀平面精度验证高分七号卫星在轨测试期间,自然资源部国土卫星遥感应用中心㊁中国资源卫星应用中心等多家单位联合,在２０２０年６月１４日㊁６月１５日㊁７月１４日㊁７月１９日先后多次在几何定标场准确捕捉到激光光斑[２０],利用探测器的中心位置可以对定标后经标准处理生产的S L A０３产品进行平面绝对精度评价,结果见表４.表４㊀基于地面探测器的激光点平面误差统计T a b．４㊀E r r o rs t a t i s t i c s o fl a s e r p o i n t p l a n e b a s e d o ng r o u n dd e t e c t o r波束号日期激光点I D误差值/m东向北向平面高程波束１６月１４日９２８４３８２４９㊀１．２９６㊀２．０６８㊀２．４４１㊀－０．００９６月１５日９２９４６０００９１．４２７４．６４７４．８６１０．０６６７月１４日９５９５３６１４９－２．４２１㊀－３．４３４㊀４．２０１Ｇ９５９５３６１５３－２．０２２－３．５４６４．０８２Ｇ波束２６月１４日９２８４３８２４２㊀２．０５０㊀２．８２４㊀３．４８９㊀－０．０１４７月１９日９６４７１９１１８－１．９１８㊀－２．８９３㊀３．４７１Ｇ９６４７１９１２２－１．３５８－２．５５８２．８９６Ｇ表４中计算高程值为空的代表该激光点所在区域地面布设了角反射器,波形出现了饱和现象.由表４可以看出,激光点的平面精度在同一天的同一波束内具有非常好的一致性,如波束１在７月１４日的编号为９５９５３６１４９和９５９５３６１５３的两个激光点平面误差较差为０．１２m,对应激光指向短时间的稳定精度为０．０５ᵡ;波束２在７月１９日的编号为９６４７１９１１８和９６４７１９１２２的两个激光点４４３１Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第１０期李国元,等:高分七号卫星激光测高数据处理与精度初步验证平面误差较差为０．５８m,对应激光指向短时间的稳定精度约０．２４ᵡ.试验区波束１的激光点平面绝对误差最大为４．８６１m,波束２最大为３．４８９m,基于地面探测器统计的两波束激光的平面精度分别为(３．８９６ʃ１．０２９)m和(３．２８６ʃ０．３３７)m.３．２㊀高程精度评价为评价激光点的绝对高程精度,采用定标区,以及陕西华阴地区㊁德国北威州地区的高分七号多期实际数据进行评价,高程基准均统一为W G SＧ８４椭球的大地高.陕西华阴地区的高程范围为[２９９．３m,１５３５．７m],平地和山区基本各占一半;德国北威州验证区的高程范围为[７３．８m,６１３．２m],绝大部分属于城市平坦地区,部分属于丘陵和山区.其中后两个区域的激光点与定标区在时间和空间上均有一定距离,更能反映高分七号激光标准产品的真实精度水平.在外场定标区２０２０年６月９日㊁６月１４日㊁６月１９日㊁６月２４日分别实测了一定数量的R T KＧG P S点,与实际计算的高程值的误差见表５.波束１和波束２参与统计的个数分别为２２个,精度分别为(０．０１８ʃ０．０９９)m,(－０．０１７ʃ０．０９６)m.即与定标区时间和空间临近的激光点,在坡度小于２ʎ的平坦地区绝对高程精度优于０．１０m.表５㊀临近定标区的激光点高程验证结果统计T a b．５㊀S t a t i s t i c a l t a b l e o f v e r i f i c a t i o n r e s u l t s o f l a s e ro i n t e l e v a t i o n i n f i e l d c a l i b r a t i o na r e a m㊀㊀选择与内蒙古定标区有一定时间和空间间隔的陕西验证区开展绝对精度验证,数据获取时间分别为２０２０年４月２６日㊁５月１日的２６６２轨和２７３８轨.点位分布如图７所示,针对激光点的落点位置经纬度,以３~５m间隔往外扩２０m左右,利用R T KＧG P S采集地面点的三维精确坐标,如图８所示.波束１共４５个点㊁波束２共２５个点,经统计波束１和波束２的总体高程精度分别为(－０．１１３ʃ２．５１９)m和(０．１９１ʃ１．０７１)m,相关结果见表６.表６中E C P_F l a g字段标记为１的个数均为１１个,精度分别为(０．１１１ʃ０．１５２)m㊁(－０．０６４ʃ０．１１５)m;标记为２的分别为１０个和５个,精度分别为(０．２４６ʃ０．２２９)m㊁(０．１２２ʃ０．２６９)m.由表６可以看出,标记为１的激光点绝对高程精度非常高,完全可以作为高程控制点使用;标记为２的次之,精度基本在０．３m以内;标记为３的精度在０．５m左右㊁可以考虑使用;剩下的为地形㊁地物复杂区或信噪比较低的点精度较差,不能作为控制点使用.从统计结果来看,标记为１和２的标记方法完全可信㊁精度可靠,可以作为高精度高程控制点使用.５４３１Copyright©博看网 . All Rights Reserved.O c t o b e r ２０２１V o l ．５０N o ．１０A G C S h t t p :ʊx b ．s i n o m a ps ．c o m 表６㊀陕西验证区激光点绝对高程精度统计表T a b ．６㊀A b s o l u t e e l e v a t i o na c c u r a c y of l a s e r p o i n t s i nS h a a n x i v e r i f i c a t i o na r e a 激光点可用性标记波束１波束２个数占比/(％)精度/m个数占比/(％)精度/mE C P _F l a g ＝１１１２４．４４０．１１１ʃ０．１５２１１４４－０．０６４ʃ０．１１５E C P _F l a g ＝２１９４２．２２０．２４６ʃ０．２２９５２００．１２２ʃ０．２６９E C P _F l a g＝３１２．２２０．４８７４１６０．３５１ʃ０．４４８其他１４３１．１０－０．８３６ʃ４．５３２５２００．６９０ʃ２．４７６总点数４５－０．１１３ʃ２．５１９２５０．１９１ʃ１．０７１图７㊀陕西区域部分激光高程点分布示意F i g ．７㊀D i s t r i b u t i o n m a p ofl a s e r e l e v a t i o n p o i n t s i nS h a a n x i pr o v i n ce 图８㊀激光落点与R T K ＧG P S 测点位置示意F i g ．８㊀S c h e m a t i c d i a g r a m o fl a s e r l a n d i n g si t e a n d l o c a t i o no fR T K ＧG P Sm e a s u r i n gpo i n t ㊀㊀进一步地选择境外德国北威州地区共５轨高分七号卫星激光测高数据,如图９所示.分别为２０２０年６月２１日的第３５１６轨㊁７月６日的第３７４５轨㊁７月１１日的第３８２０轨㊁７月２１日的第３９７３轨㊁８月２９日的第４５６４轨.由于该区域激光点分布范围较大,考虑到激光存在一定间距,因此图中的圆圈要小于上文中的图７,即圆圈仅代表激光点位置,不代表实际激光光斑大小.图中部分空白段代表该区域因云层较厚激光未达到地面,数据无效.参考高程来自于该区域高精度的机载L i D A R ＧD S M 数据,格网大小为１m ,获取时间为２０１４ ２０１６年,高程基准为德国采用的D HH N ２０１６,采用E GM ２００８大地水准面模型转换为W G S Ｇ８４椭球的大地高.经咨询国外该数据发布方的专家,高程基准转换精度在０．１~０．２m ,综合考虑L i D A R 点云本身的精度,该区域参考数据的绝对高程精度约０．２５m .该区域S L A ０３产品的绝对高程精度评价结果见表７,两波束激光的总体精度分别为(－０．８９７ʃ５．４８５)m 和(－０．２０２ʃ６．２０７)m .E C P _F l a g 标记为１的高程精度分别为(－０．３０４ʃ０．１９０)m 和(－０．２７９ʃ０．２２０)m ,标记为２的高程精度分别为(－０．１１０ʃ０．４５４)m ㊁(０．０２４ʃ０．５０１)m ,能控制在０．５m内,即E C P _F l a g 标记为１和２的可以作为高程控制点使用.图９㊀德国北威州地区高分七号卫星激光测高数据分布示意F i g ．９㊀D i s t r i b u t i o nm a p of l a s e r e l e v a t i o n p o i n t s i n N o r t hR h i n e ＧW e s t p h a l i a o fG e r m a n y６４３１Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第１０期李国元,等:高分七号卫星激光测高数据处理与精度初步验证表７㊀德国北威州地区激光点绝对高程精度统计T a b．７㊀A b s o l u t e e l e v a t i o na c c u r a c y o f l a s e r p o i n t s i nN o r t hR h i n eＧW e s t p h a l i a o fG e r m a n y激光点可用性标记波束１波束２个数占比/(％)精度/m个数占比/(％)精度/mE C P_F l a g＝１４３３８．７４－０．３０４ʃ０．１９０２７２３．６９－０．２７９ʃ０．２２０E C P_F l a g＝２２９２６．１３－０．１１０ʃ０．４５４３３２８．９５０．０２４ʃ０．５０１E C P_F l a g＝３６５．４０－０．６６９ʃ０．８３２９７．８９－０．１３３ʃ０．６７６其他３３２９．７３－２．３８６ʃ９．９８９４５３９．４７－０．３３６ʃ９．９２９总点数１１１－０．８９７ʃ５．４８５１１４－０．２０２ʃ６．２０７４㊀总结与展望本文针对高分七号卫星激光测高数据标准产品处理方法进行了研究,并综合采用定标区以及与定标区有一定时空差距的陕西㊁德国等区域进行产品精度验证.(１)经标准化测绘处理后,目前高分七号的激光精度能实现平地高程优于０．１５m的较高水平;其中定标区平面精度优于５．０m,高程优于０．１０m.(２)验证区的激光点高程精度随地形地物影响存在一定差异,其中陕西区两个波束的总体测高精度分别为(－０．１１３ʃ２．５１９)m和(０．１９１ʃ１．０７１)m,德国北威州的总体测高精度分别为(－０．８９７ʃ５．４８５)m和(－０．２０２ʃ６．２０７)m.(３)高分七号卫星两波束激光经质量控制后,在陕西华阴验证区E C P_F l a g标记为１的激光点高程精度分别为(０．１１１ʃ０．１５２)m和(－０．０６４ʃ０．１１５)m,德国北威州验证区E C P_ F l a g标记为１的激光点高程精度分别为(－０．３０４ʃ０．１９０)m和(－０．２７９ʃ０．２２０)m.这两个区域标记为２的激光点高程精度波束１分别为(０．２４６ʃ０．２２９)m和(－０．１１０ʃ０．４５４)m,波束２分别为(０．１２２ʃ０．２６９)m和(０．０２４ʃ０．５０１)m.说明通过质量控制标记E C P_F l a g,可以将精度优于０．５m能用作高程控制的点进行有效识别,标记为１和２的均能用作高程控制点,其中标记为１的精度更高,其中陕西华阴验证区优于０．１５m㊁德国北威州验证区优于０．３m.在资源三号０２星试验性激光测高的基础上,高分七号虽然不是专门的激光测高卫星,但其激光测高载荷作为国内首台业务化应用的对地观测激光测高仪,进一步实现了我国卫星激光测高技术的重大进步.与国外同类型的I C E S a t/G L A S 全波形激光测高相比,高分七号激光光斑更小㊁精度相对略高,但在激光器硬件水平的重频率及应用场景多样性方面还有一定差距.此外,高分七号激光足印影像还存在分辨率偏低㊁辐射质量不稳定,在大角度侧摆下几何精度下降等问题.在肯定进步的同时,我们也需要正视问题,进一步创新,深入挖掘国产卫星激光测高的精度潜力㊁应用潜力,同时要加快推动陆海激光卫星的预研攻关[２５Ｇ２６],争取早日发射国产首颗专业型号的激光测高卫星,在测绘㊁极地㊁林业㊁水利等多个行业实现规模化应用.参考文献:[１]㊀舒嵘,黄庚华,孔伟．空间激光测高技术发展及展望[J]．红外与激光工程,２０２０,４９(１１):９Ｇ１８．S H U R o n g,H U A N G G e n g h u a,K O N G W e i．D e v e l o p m e n ta n d r e v i e wo fs p a c eＧb a s e dl a s e ra l t i m e t r y t ec h n o l o g y[J]．I n f r a r e da n dL a s e rE n g i n e e r i n g,２０２０,４９(１１):９Ｇ１８．[２]㊀唐新明,李国元．对地观测卫星激光测高数据处理方法与工程实践[M]．科学出版社,２０１９．T A N GX i n m i n g,L IG u o y u a n．E a r t ho b s e r v a t i o nS a t e l l i t eL a s e rA l t i m e t r y D a t aP r o c e s s i n g a n dP r o j e c t P r a c t i c e[M]．S c i e n c eP r e s s,２０１９．[３]㊀S C HU T ZBE,Z WA L L Y HJ,S HUMA N C A,e t a l．O v e r v i e wo f t h e I C E S a tm i s s i o n[J]．G e o p h y s i c a l R e s e a r c hL e t t e r s,２００５,３２(２１):９７Ｇ１１６．[４]㊀N E UMA N N T A,MA R T I N O AJ,MA R K U ST,e t a l．T h e i c e,c l o u d,a n d l a n de l e v a t i o ns a t e l l i t eＧ２m i s s i o n:ag l o b a l g e o l o c a t e d p h o t o n p r o d u c td e r i v e df r o m t h e A dＧv a n c e dT o p o g r a p h i cL a s e rA l t i m e t e rS y s t e m[J]．R e m o t eS e n s i n g o fE n v i r o n m e n t,２０１９,２３３:１１１３２５．[５]㊀D U B A Y A H R,B L A I RJB,G O E T ZS,e t a l．T h e g l o b a le c o s y s t e m d y n a m i c si n v e s t i g a t i o n:h i g hＧr e s o l u t i o nl a s e rr a n g i n g o f t h eE a r t h&a p o s;s f o r e s t sa n dt o p o g r a p h y[J]．S c i e n c e o fR e m o t eS e n s i n g,２０２０,１:１００００２．[６]㊀李国元,唐新明．资源三号０２星激光测高精度分析与验证[J]．测绘学报,２０１７,４６(１２):１９３９Ｇ１９４９．D O I:１０．１１９４７/j．A G C S．２０１７．２０１７０１７４．L IG u o y u a n,T A N G X i n m i n g．A n a l y s i sa n dv a l i d a t i o no fZ YＧ３０２s a t e l l i t e l a s e r a l t i m e t r y d a t a[J]．A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a,２０１７,４６(１２):１９３９Ｇ１９４９．D O I:１０．１１９４７/j．A G C S．２０１７．２０１７０１７４．[７]㊀L IG u o y u a n,T A N G X i n m i n g,G A O X i a o m i n g,e t a l．I nＧt e g r a t i o no f Z Y３Ｇ０２s a t e l l i t e l a s e r a l t i m e t r y d a t a a n d s t e r e oi m a g e s f o r h i g hＧa c c u r a c y m a p p i n g[J]．P h o t o g r a m m e t r i cE n g iＧ７４３１Copyright©博看网 . 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