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【摘 要】 在国际工程市场领域，水利水电项目越来越趋向采用EPC总承包的方式进行开发，而在一般情况下，水利水电项目规划可依据的前期基础性资料都非常有限，大部分项目的可行性研究工作要从零起步。对国际承包商而言，若能够在尽可能短的时间内完成项目可行性研究报告的编制，对抢占市场先机至关重要。文章详细介绍了水电站工程前期地形勘测所采用的卫星影像技术测绘方法，可供类似工程建设时借鉴。
【关键词】 卫星影像；地形测量；研究与应用
1 概述
非洲某水电站项目，工程区域集水面积约1200km2，部分区域地势宽缓，部分区域沟谷深切，高程范围1500m～2500m。拟规划的一级电站发电厂房与二级电站的引水隧洞、发电厂房、尾水隧洞均处于沟谷深切区域，测区范围约161km2，无现有道路可通行。采用常规测绘手段，所需时间长、测量工作安全风险较高。经研究比选后，决定采用卫星影像技术进行该区域的地形测绘，争取为项目的规划设计、征地、建设等工作赢得时间。
2 测绘工作任务
· 完成1∶5000数字高程模型；
· 完成1∶5000数字正射影像图；
· 完成1∶5000数字线划图。
测区范围见图1。
3 技术支撑及工作流程
针对测区的自然地理状况和获得的高分辨率卫星影像资料情况，地形图的生成主要采用基于稀少地面控制的高分辨率航天遥感影像测图技术；大范围、快速、高精度的航空/航天遥感影像地形测绘技术和多源遥感影像地物要素判绘、解译、量测技术等航空与卫星影像测图新技术。测绘作业步骤和工作流程见图2。
4 像控点、检查点的布设和测量要求
4.1像控点点位要求
根据高分辨率卫星影像测图的要求和特点，应充分利用作业区的粗纠正影像图，根据实际情况进行选择并应满足下列基本要求：
1）点位目标在影像上明显、清晰、易读，实地易于准确定位和量测；
2）易于到达和放置测量仪器，视野开阔地带，远离大功率无线电发射源以及大面积水域；
3）点位易于保存，一般选择在常年相对固定、明显的地物上。不要选在湖边、季节性河流、辫状河流等易于变化和可能不安全的地方；
4）应尽可能在一定范围内（一般几公里范围内）选择2-3个像控点作为可靠的备选点。
4.2像控点布设方案
根据测区的实际自然条件、交通条件、所获取的高分辨率卫星影像的覆盖情况布设像控点，其中考虑到立体条带的覆盖情况，像控点应尽量分布在影像的周边、中部、影像重叠范围的中线附近。该项目测区像控点布设见：表1、图3、图4、图5（仅列出典型布置示意图）。
5 高分辨率卫星立体影像测图
5.1工作流程和作业方法
高分辨率卫星影像测图主要采用卫星影像立体测图方式，进行1∶5000数字高程模型（DEM）和数字线划图（DLG）的生成。其中数字高程模型（DEM）的生成全部由此方式完成，而数字线划图（DLG）的生成只采集立体上可以看清楚的少部分地物。
5.1.1作业流程图
5.1.2主要作业步骤
1）影像自适应预处理及几何成像模型参数计算
· 对原始影像进行增强处理。
· 根据卫星影像的各种资料构建其几何成像模型。
2）像控点及加密点量测
· 像控点的像方量测。将外业提供的控制点进行量测，点位的量测精度应尽量达到子像素级。
· 在卫星影像重叠和覆盖范围内量测一定数量加密点，对作业区内其它单景卫星影像进行定向，点位的量测精度应达到子像素级。
3）区域网平差定向
· 测区所有卫星影像应利用所有像控点进行区域网平差。
· 采用作业软件系统进行区域网平差计算。
4）近似核线影像生成
· 对原始卫星影像进行重采样得到近似核线影像。
5）匹配初始数据量测
· 以卫星影像立体像对为作业单元，在每个影像对中，由人工立体量测一定数量的匹配种子点、线（种子点、线指由人工在立体观测条件下量测的一定数量的匹配初始点）。应为可视条件良好的特征点，例如，峰顶、谷底、鞍部等。匹配種子点仅作为影像匹配的初始值，因此观测时仅需概略切准地面即可。
6）影像匹配并生成数字高程模型
· 把自动生成的数字高程模型叠加于核线影像上面，在立体观测条件下进行目视检查，重点检查有无粗差点，运行影像匹配得到数字高程模型。
· 可采用单点编辑法对格网点高程进行重新量测，精确切准地面；若需要对设定区域范围内的格网点高程进行面编辑，可将范围内所有格网点设置为同一高程，如水域置平，或同时减去一个高差，如树高，经检查、修改后，每个数字高程模型格网点应切准地面。
7）数字高程模型
①基本内容
· 数字高程模型（DEM）产品由规则格网的数字高程模型数据。
· 把自动生成的数字高程模型叠加于立体模型上，进行观测、检查、修改，使每个数字高程模型格网点或匹配点、线切准地面。
②检查
· 生成TIN前须检查矢量数据有无高程值错。
· 对生成的DEM进行粗差检查，将DEM数据内插生成的等高线与采集的等高线叠合，检查有无偏移超限。
5.2 DOM的生产
5.2.1主要作业步骤
1）利用1∶5000DEM数据，在立体影像上补测部分特征点、线，重新生成数字地面模型数据（DEM）。
2）影像几何纠正：选择有理多项式文件和数字高程模型文件，设置重采样参数（一般采用立方卷积内插法），进行影像纠正。 3）影像拼接：拼接前进行直方图的匹配，减少拼接后相邻影像的色调差异。
4）拼接完成后，根据所需图幅的坐标，按坐标裁切，生成1∶5000任意分幅的DOM。
5.2.2技术要求
1）正射影像参数设置：像素尺寸、成图比例尺（1∶5000）、影像重采样方法等。
2）用于数字正射影像图影像几何纠正的数字高程模型应满足规定的精度要求。无符合精度要求的DEM时，也可选用精度放宽一倍的DEM进行影像纠正。
3）数字正射影像图按图幅内图廓线范围，向四边扩展（图上约10mm），以矩形覆盖范围为单位提供数据。
4）整个图幅内及整个基础地理信息数据库中的图像都应纹理清晰、层次丰富、反差适中，色调均匀，镶嵌边处没有明显的灰度改变，镶嵌时要保证实体（如房屋）的影像完整。
5）相邻数字正射影像图接边不应出现影像裂隙或影像模糊现象。
6）数字正射影像图产品格式采用TIFF非压缩格式，影像信息文件（*.tfw）中包含影像的定位点及分辨率等信息。
5.3 DLG数据的编辑及要求
1）对采集的数据进行编辑，使要素关系合理，分层无误，拓扑关系、属性项、属性值正确。建立拓扑关系时，面状要素要封闭，跨图幅时以内图廓线为边线各自形成封闭多边形；线要素实交处不应出现悬挂点，曲线不得重复采集或打折。
2）对采集数据进行整合，包括图形编辑、属性编辑及各要素间相互关系的处理协调等。
3）按地面补测资料编辑有关地物。
4）线、面状要素的数字化采集密度以线、面状要素几何形状不失真为原则，采点密度随着曲率的增大而增加，曲线不得有明显的变形和折线。平直的地方采点间隔可适当放大。
5）点状要素采集该要素符号化后的定位点。有向点采集时定位点为地物的定位点，方向为符号方向。
6）線状要素采集中心线。
7）相邻图幅要接边，并应保持相邻图幅内容的连续。
8）处理好各要素的关系，各层叠加后关系应协调一致，如居民地与道路、水库与坝、河流与桥等。
6 提交成果
1）数字高程模型（DEM）；
2）正射影像（DOM）；
3）地形图成果（DLG），叠加等高线。
成果见图7、图8（成果图未全部列出）。
7 结论
通过采用卫星影像测绘技术，快速、顺利完成了该水电站项目的一级厂房和二级引水隧洞、二级厂房、尾水隧洞区域的地形测量工作，其测绘成果精度满足项目前期规划设计要求。卫星影像测绘技术的应用，大大地缩短了地形测绘时间，大大地降低了测绘工作中的安全风险，为项目的顺利实施奠定了坚实的基础。
对水利水电项目而言，地形勘测数据是项目规划的基础，是可行性研究报告编制工作的核心制约因素之一，研究和应用先进的测绘技术，对缩短项目规划时间、节约工期、促使项目提前投产意义十分重大。
参考文献：
[1]中华人民共和国测绘行业标准，标准号：CH/T1015-2007《基础地理信息数字产品1：10000 1：50000生产技术规程》，国家测绘局，2007年5月21日发布，2007年7月1日实施。
【关键词】 卫星影像；地形测量；研究与应用
1 概述
非洲某水电站项目，工程区域集水面积约1200km2，部分区域地势宽缓，部分区域沟谷深切，高程范围1500m～2500m。拟规划的一级电站发电厂房与二级电站的引水隧洞、发电厂房、尾水隧洞均处于沟谷深切区域，测区范围约161km2，无现有道路可通行。采用常规测绘手段，所需时间长、测量工作安全风险较高。经研究比选后，决定采用卫星影像技术进行该区域的地形测绘，争取为项目的规划设计、征地、建设等工作赢得时间。
2 测绘工作任务
· 完成1∶5000数字高程模型；
· 完成1∶5000数字正射影像图；
· 完成1∶5000数字线划图。
测区范围见图1。
3 技术支撑及工作流程
针对测区的自然地理状况和获得的高分辨率卫星影像资料情况，地形图的生成主要采用基于稀少地面控制的高分辨率航天遥感影像测图技术；大范围、快速、高精度的航空/航天遥感影像地形测绘技术和多源遥感影像地物要素判绘、解译、量测技术等航空与卫星影像测图新技术。测绘作业步骤和工作流程见图2。
4 像控点、检查点的布设和测量要求
4.1像控点点位要求
根据高分辨率卫星影像测图的要求和特点，应充分利用作业区的粗纠正影像图，根据实际情况进行选择并应满足下列基本要求：
1）点位目标在影像上明显、清晰、易读，实地易于准确定位和量测；
2）易于到达和放置测量仪器，视野开阔地带，远离大功率无线电发射源以及大面积水域；
3）点位易于保存，一般选择在常年相对固定、明显的地物上。不要选在湖边、季节性河流、辫状河流等易于变化和可能不安全的地方；
4）应尽可能在一定范围内（一般几公里范围内）选择2-3个像控点作为可靠的备选点。
4.2像控点布设方案
根据测区的实际自然条件、交通条件、所获取的高分辨率卫星影像的覆盖情况布设像控点，其中考虑到立体条带的覆盖情况，像控点应尽量分布在影像的周边、中部、影像重叠范围的中线附近。该项目测区像控点布设见：表1、图3、图4、图5（仅列出典型布置示意图）。
5 高分辨率卫星立体影像测图
5.1工作流程和作业方法
高分辨率卫星影像测图主要采用卫星影像立体测图方式，进行1∶5000数字高程模型（DEM）和数字线划图（DLG）的生成。其中数字高程模型（DEM）的生成全部由此方式完成，而数字线划图（DLG）的生成只采集立体上可以看清楚的少部分地物。
5.1.1作业流程图
5.1.2主要作业步骤
1）影像自适应预处理及几何成像模型参数计算
· 对原始影像进行增强处理。
· 根据卫星影像的各种资料构建其几何成像模型。
2）像控点及加密点量测
· 像控点的像方量测。将外业提供的控制点进行量测，点位的量测精度应尽量达到子像素级。
· 在卫星影像重叠和覆盖范围内量测一定数量加密点，对作业区内其它单景卫星影像进行定向，点位的量测精度应达到子像素级。
3）区域网平差定向
· 测区所有卫星影像应利用所有像控点进行区域网平差。
· 采用作业软件系统进行区域网平差计算。
4）近似核线影像生成
· 对原始卫星影像进行重采样得到近似核线影像。
5）匹配初始数据量测
· 以卫星影像立体像对为作业单元，在每个影像对中，由人工立体量测一定数量的匹配种子点、线（种子点、线指由人工在立体观测条件下量测的一定数量的匹配初始点）。应为可视条件良好的特征点，例如，峰顶、谷底、鞍部等。匹配種子点仅作为影像匹配的初始值，因此观测时仅需概略切准地面即可。
6）影像匹配并生成数字高程模型
· 把自动生成的数字高程模型叠加于核线影像上面，在立体观测条件下进行目视检查，重点检查有无粗差点，运行影像匹配得到数字高程模型。
· 可采用单点编辑法对格网点高程进行重新量测，精确切准地面；若需要对设定区域范围内的格网点高程进行面编辑，可将范围内所有格网点设置为同一高程，如水域置平，或同时减去一个高差，如树高，经检查、修改后，每个数字高程模型格网点应切准地面。
7）数字高程模型
①基本内容
· 数字高程模型（DEM）产品由规则格网的数字高程模型数据。
· 把自动生成的数字高程模型叠加于立体模型上，进行观测、检查、修改，使每个数字高程模型格网点或匹配点、线切准地面。
②检查
· 生成TIN前须检查矢量数据有无高程值错。
· 对生成的DEM进行粗差检查，将DEM数据内插生成的等高线与采集的等高线叠合，检查有无偏移超限。
5.2 DOM的生产
5.2.1主要作业步骤
1）利用1∶5000DEM数据，在立体影像上补测部分特征点、线，重新生成数字地面模型数据（DEM）。
2）影像几何纠正：选择有理多项式文件和数字高程模型文件，设置重采样参数（一般采用立方卷积内插法），进行影像纠正。 3）影像拼接：拼接前进行直方图的匹配，减少拼接后相邻影像的色调差异。
4）拼接完成后，根据所需图幅的坐标，按坐标裁切，生成1∶5000任意分幅的DOM。
5.2.2技术要求
1）正射影像参数设置：像素尺寸、成图比例尺（1∶5000）、影像重采样方法等。
2）用于数字正射影像图影像几何纠正的数字高程模型应满足规定的精度要求。无符合精度要求的DEM时，也可选用精度放宽一倍的DEM进行影像纠正。
3）数字正射影像图按图幅内图廓线范围，向四边扩展（图上约10mm），以矩形覆盖范围为单位提供数据。
4）整个图幅内及整个基础地理信息数据库中的图像都应纹理清晰、层次丰富、反差适中，色调均匀，镶嵌边处没有明显的灰度改变，镶嵌时要保证实体（如房屋）的影像完整。
5）相邻数字正射影像图接边不应出现影像裂隙或影像模糊现象。
6）数字正射影像图产品格式采用TIFF非压缩格式，影像信息文件（*.tfw）中包含影像的定位点及分辨率等信息。
5.3 DLG数据的编辑及要求
1）对采集的数据进行编辑，使要素关系合理，分层无误，拓扑关系、属性项、属性值正确。建立拓扑关系时，面状要素要封闭，跨图幅时以内图廓线为边线各自形成封闭多边形；线要素实交处不应出现悬挂点，曲线不得重复采集或打折。
2）对采集数据进行整合，包括图形编辑、属性编辑及各要素间相互关系的处理协调等。
3）按地面补测资料编辑有关地物。
4）线、面状要素的数字化采集密度以线、面状要素几何形状不失真为原则，采点密度随着曲率的增大而增加，曲线不得有明显的变形和折线。平直的地方采点间隔可适当放大。
5）点状要素采集该要素符号化后的定位点。有向点采集时定位点为地物的定位点，方向为符号方向。
6）線状要素采集中心线。
7）相邻图幅要接边，并应保持相邻图幅内容的连续。
8）处理好各要素的关系，各层叠加后关系应协调一致，如居民地与道路、水库与坝、河流与桥等。
6 提交成果
1）数字高程模型（DEM）；
2）正射影像（DOM）；
3）地形图成果（DLG），叠加等高线。
成果见图7、图8（成果图未全部列出）。
7 结论
通过采用卫星影像测绘技术，快速、顺利完成了该水电站项目的一级厂房和二级引水隧洞、二级厂房、尾水隧洞区域的地形测量工作，其测绘成果精度满足项目前期规划设计要求。卫星影像测绘技术的应用，大大地缩短了地形测绘时间，大大地降低了测绘工作中的安全风险，为项目的顺利实施奠定了坚实的基础。
对水利水电项目而言，地形勘测数据是项目规划的基础，是可行性研究报告编制工作的核心制约因素之一，研究和应用先进的测绘技术，对缩短项目规划时间、节约工期、促使项目提前投产意义十分重大。
参考文献：
[1]中华人民共和国测绘行业标准，标准号：CH/T1015-2007《基础地理信息数字产品1：10000 1：50000生产技术规程》，国家测绘局，2007年5月21日发布，2007年7月1日实施。