基于平差參數(shù)快速解算的超大規(guī)模區(qū)域網(wǎng)平差方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于遙感影像處理領(lǐng)域，設(shè)及一種基于平差參數(shù)快速解算的超大規(guī)模區(qū)域 網(wǎng)平差方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于包含萬景影像W上的超大規(guī)模區(qū)域網(wǎng)而言，即便先消掉連接點物方坐標運一 類未知數(shù)后，各景影像的待平差參數(shù)也高達十萬個，改化等效法方程系數(shù)矩陣的階數(shù)也達 到十萬階，區(qū)域網(wǎng)內(nèi)部影像之間直接或間接的拓撲連接關(guān)系錯綜復雜，使得傳統(tǒng)消元法消 元過程中，系數(shù)矩陣的稀疏性逐漸降低，稠密性逐漸提高，反而大大增加了解算的復雜度。
[0003] 在超大規(guī)模區(qū)域網(wǎng)平差中改化法方程為一個高階的線性方程組，對其進行求解的 效率很大程度上取決于線性代數(shù)方程組的解法。在攝影測量與遙感領(lǐng)域?qū)τ谡`差方程組的 解算一般采用逐點法化，直接解算的方式，直接解算的特點是，對于一個給定的誤差方程 組，事先可W按規(guī)定的算法步驟計算出它所需的算術(shù)運算操作數(shù)，直接給出最后的結(jié)果，然 而直接解算的方法受到問題規(guī)模的限制，所W運種方法對于解算超大規(guī)模光學衛(wèi)星影像區(qū) 域網(wǎng)平差參數(shù)并不適用。對于大規(guī)模的問題多采用迭代解算的方法，迭代解法的特點是，對 于一個給定的線性代數(shù)方程組，首先假設(shè)一個初始解，然后按一定的算法公式進行迭代。在 每次迭代中對解的誤差進行檢查，并通過增加迭代次數(shù)不斷降低解的誤差，直至滿足解的 精度要求，輸出最后的結(jié)果。如果能實現(xiàn)平差參數(shù)的快速解算，可W提高平差效率。但目前 尚未有相關(guān)技術(shù)方案出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的問題是，針對超大規(guī)模光學衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)平差問題，提出一 種基于平差參數(shù)快速解算的超大規(guī)模區(qū)域網(wǎng)平差方法及系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于平差參數(shù)快速解算的超大規(guī)模區(qū)域網(wǎng)平差方法，包 括W下步驟：
[0006] 步驟1，建立改化法方程如下，
[0007] Ax=b
[000引其中，A為改化法方程系數(shù)矩陣，若區(qū)域網(wǎng)中共有m張像片，則A的階數(shù)為6mX6m，x 表示像方附加參數(shù)的改正數(shù)，為待解求參數(shù)，b為一個大小為6m的列向量；
[0009] 步驟2,基于共輛梯度快速解算步驟1所得改化法方程；
[0010] 步驟3,判斷迭代過程是否收斂，是則進入步驟7,否則進入步驟4;
[0011] 步驟4,根據(jù)改化法方程解算的參數(shù)更新附加像方參數(shù)如下，
[0012] X=X〇+dX
[0013] 其中，X為平差待解求參數(shù)，滬為平差待解算參數(shù)的初值，dX為平差解算的改正數(shù)；
[0014] 步驟5,根據(jù)像方附加參數(shù)和影像RPC參數(shù)交會解算連接點物方坐標；
[0015] 步驟6,根據(jù)當前像方附加參數(shù)和連接點物方坐標更新改化法方程，返回步驟2;
[0016] 步驟7,根據(jù)解算的像方附加參數(shù)進行RPC參數(shù)的精化，得到平差結(jié)果。
[0017] 而且，步驟7中，根據(jù)解算的像方附加參數(shù)進行RPC參數(shù)的精化，實現(xiàn)方式如下，
[0018] 首先生成地面虛擬控制點，包括在影像像平面上均勻劃分規(guī)則格網(wǎng)，對每個格網(wǎng) 中屯、像點P (samp，1 ine )，利用該影像內(nèi)定向參數(shù)，通過前方交會在物方局部一系列高程基 準面上交會得到一系列物方點Pi,此時，像點P與各物方點Pi構(gòu)成虛擬控制點；
[0019] 然后WRP對莫型為誤差模型，RPC參數(shù)為待解算參數(shù)，在像方加入附加參數(shù)，根據(jù)原 始RPC列誤差方程式，采用最小二乘的方法平差解算未知參數(shù)，得到精化后的RPC參數(shù)。
[0020] 本發(fā)明相應(yīng)提供一種基于平差參數(shù)快速解算的超大規(guī)模區(qū)域網(wǎng)平差系統(tǒng)，包括W 下模塊：
[0021 ]第一模塊，用于建立改化法方程如下，
[0022] Ax = b
[0023] 其中，A為改化法方程系數(shù)矩陣，若區(qū)域網(wǎng)中共有m張像片，則A的階數(shù)為6mX6m，x 表示像方附加參數(shù)的改正數(shù)，為待解求參數(shù)，b為一個大小為6m的列向量；
[0024] 第二模塊，用于基于共輛梯度快速解算第一模塊所得改化法方程；
[0025] 第=模塊，用于判斷迭代過程是否收斂，是則命令第屯模塊工作，否則命令第四模 塊工作；
[0026] 第四模塊，用于根據(jù)改化法方程解算的參數(shù)更新附加像方參數(shù)如下，
[0027] X=X〇+dX
[0028] 其中，X為平差待解求參數(shù)，滬為平差待解算參數(shù)的初值，dX為平差解算的改正數(shù)；
[0029] 第五模塊，用于根據(jù)像方附加參數(shù)和影像RPC參數(shù)交會解算連接點物方坐標；
[0030] 第六模塊，用于根據(jù)當前像方附加參數(shù)和連接點物方坐標更新改化法方程，命令 第二模塊工作；
[0031] 第屯模塊，用于根據(jù)解算的像方附加參數(shù)進行RPC參數(shù)的精化，得到平差結(jié)果。
[0032] 而且，第屯模塊中，根據(jù)解算的像方附加參數(shù)進行RPC參數(shù)的精化，實現(xiàn)方式如下，
[0033] 首先生成地面虛擬控制點，包括在影像像平面上均勻劃分規(guī)則格網(wǎng)，對每個格網(wǎng) 中屯、像點P (samp，1 ine )，利用該影像內(nèi)定向參數(shù)，通過前方交會在物方局部一系列高程基 準面上交會得到一系列物方點Pi,此時，像點P與各物方點Pi構(gòu)成虛擬控制點；
[0034] 然后WRP對莫型為誤差模型，RPC參數(shù)為待解算參數(shù)，在像方加入附加參數(shù)，根據(jù)原 始RPC列誤差方程式，采用最小二乘的方法平差解算未知參數(shù)，得到精化后的RPC參數(shù)。
[0035] 本發(fā)明的優(yōu)點在于:在平差解算時充分利用法方程系數(shù)矩陣對稱正定的特點，采 用基于共輛梯度的最優(yōu)解捜索算法迭代解算改化法方程組，并根據(jù)解算的參數(shù)更新像方附 加參數(shù)，再前方交會出連接點的物方坐標，當像方附加參數(shù)趨于穩(wěn)定時，停止計算，該技術(shù) 方案解決了大規(guī)模方程組不易解算的難題，同時兼顧計算資源開銷，可W滿足超大規(guī)模區(qū) 域網(wǎng)平差解算的效率需求。實驗表明該技術(shù)方案可行、有效，平差解算結(jié)果穩(wěn)定、可靠。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明實施例的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0037] W下結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明【具體實施方式】。
[0038] 鑒于超大規(guī)模光學衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)平差中改化法方程系數(shù)矩陣的階數(shù)較大且該 矩陣為一正定對稱的方陣，本發(fā)明結(jié)合共輛梯度的迭代解算方法提出一種超大規(guī)模光學衛(wèi) 星影像區(qū)域網(wǎng)平差參數(shù)的快速解算方法，利用共輛梯度的方法迭代解算改化法方程的參 數(shù)，再根據(jù)解算的參數(shù)根據(jù)影像RPC參數(shù)前方交會便可得到連接點物方坐標。
[0039] 參見圖1，實施例的流程可W分為屯個步驟，每個步驟實施的具體方法、公式W及 流程如下：
[0040] 1.改化法方程式的建立
[0041] 對所有連接點像點和控制點像點分別構(gòu)建觀測誤差方程，根據(jù)最小二乘平差原理 進行法化得到法方程;采用消元改化法方程的策略來進行平差解算，包括先消去連接點坐 標，構(gòu)建僅包含附加模型參數(shù)的改化法方程并簡化。
[0042] 具體實施時，可W預(yù)先進行改化法方程式的建立，或者利用已有的改化法方程式。
[0043] 設(shè)非正則化的地面點大地坐標為(Lat，Lon，化ight)，像點坐標為（s，l)，根據(jù)影像 的RPC模型建立誤差方程式，將各景待平差影像的RPC模型像方附加一仿射變換模型，則平 差模型公式為：
[0044] (1)
[0045] (2)
[0046] 式中，F(xiàn)x (Xat, Lon, He i曲t )、Fy (； Lat, Lon, He i曲t)分別為沿軌方向和垂軌方向的像 點坐標函數(shù)模型，A 1、A S沿軌方向和垂軌方向的像方附加參數(shù)模型，ai，bi(i = 1，2，3)為仿 射變換參數(shù)。
[0047] 對于控制點像點而言，由于其對應(yīng)的物方點坐標精確已知，因此，所構(gòu)建的誤差方 程式中未知參數(shù)僅包括該像點所在影像的RPC模型像方附加參數(shù)，顯然，對于RPC模型像方 附加參數(shù)而言，此時式為線性方程而無需進行線性化處理，如式(5):
[004引
（3)
[0049] 式中，vi、vs分別為影像上沿軌和垂軌方向的改正數(shù)。
[0050] 對于連接點像點而言，由于其對應(yīng)的物方點坐標未知，因此，所構(gòu)建的誤差方程式 中未知參數(shù)除了包括該像點所在影像的RPC模型像方附加參數(shù)外，還包括其對應(yīng)的連接點 物方坐標(Lat ,Lon ,Height )。對于連接點物方坐標(Xat ,Lon ,Hei曲t)而言，式(3)為一非線 性方程，需要對其賦予初值化3*，1^011，化1肖^)<^并進行線性化處理，如式(4):
[0化1 ] (4)
[0052] 具體實施時，本領(lǐng)域技術(shù)人員可自行設(shè)定初值化曰*，1^〇11，胎1曲〇<\或者設(shè)定初值 求取規(guī)則，可采用現(xiàn)有技術(shù)，例如使用初始定向參數(shù)，采用前方交會的方式確定初值。
[0053] 對所有連接點像點及控制點像點分別構(gòu)建觀測誤差方程，并寫成矩陣形式：
[0054] V=Mx+Wt-L P (5)
[0055] 其中，V代表像點坐標觀測值殘差向量;x=[Xl…Xi…Xm]T(i = l，2…m)代表各 景影像RPC像方附加模型參數(shù)向量，Xi =(曰日，ai，曰2，bo，bi，b2) i代表影像Imgi的RPC模型像方 附加參數(shù)向量，m代表待平差影像數(shù);t=[Ti…Tj…Tn]T(j = l,2…n)代表各連接點物方 坐標改正值向量，Tj = d (Lat，Lon，化ight) j代表連接點TPj的物方坐標改正數(shù)，n代表連接點 個數(shù);M、W則分別為對應(yīng)未知數(shù)的偏導數(shù)系數(shù)矩陣，L和P分別為相應(yīng)的常向量和權(quán)矩陣。
[0056] 根據(jù)最小二乘平差原理，對觀測誤差方程進行法化，可得到法方程如式所示：
[0057]
(6)
[005引當進行大規(guī)模區(qū)域網(wǎng)平差時，由于參與平差的影像W及連接點的數(shù)量較大，上式 左邊的法方程系數(shù)矩陣階數(shù)較高，直接通過對其進行求逆來解算各項未知參數(shù)，不論是內(nèi) 存開銷還是解算效率上都無法滿足要求。本發(fā)明中采用消元改化法方程的策略來進行平差 解算，考慮連接點物方坐標t的維數(shù)通常遠高于影像附加參數(shù)X，可W先消去連接點坐標t， 構(gòu)建僅包含附加模型參數(shù)X的改化法方程，如下式所示：
[0059] [M^-M^W(W^W)"VM]x=MVM^W(W^W)"VL (7)
[0060] 式(7)可簡化為：
[00