基于平差参数快速解算的超大规模区域网平差方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于遥感影像处理领域，设及一种基于平差参数快速解算的超大规模区域 网平差方法及系统。
【背景技术】
[0002] 对于包含万景影像W上的超大规模区域网而言，即便先消掉连接点物方坐标运一 类未知数后，各景影像的待平差参数也高达十万个，改化等效法方程系数矩阵的阶数也达 到十万阶，区域网内部影像之间直接或间接的拓扑连接关系错综复杂，使得传统消元法消 元过程中，系数矩阵的稀疏性逐渐降低，稠密性逐渐提高，反而大大增加了解算的复杂度。
[0003] 在超大规模区域网平差中改化法方程为一个高阶的线性方程组，对其进行求解的 效率很大程度上取决于线性代数方程组的解法。在摄影测量与遥感领域对于误差方程组的 解算一般采用逐点法化，直接解算的方式，直接解算的特点是，对于一个给定的误差方程 组，事先可W按规定的算法步骤计算出它所需的算术运算操作数，直接给出最后的结果，然 而直接解算的方法受到问题规模的限制，所W运种方法对于解算超大规模光学卫星影像区 域网平差参数并不适用。对于大规模的问题多采用迭代解算的方法，迭代解法的特点是，对 于一个给定的线性代数方程组，首先假设一个初始解，然后按一定的算法公式进行迭代。在 每次迭代中对解的误差进行检查，并通过增加迭代次数不断降低解的误差，直至满足解的 精度要求，输出最后的结果。如果能实现平差参数的快速解算，可W提高平差效率。但目前 尚未有相关技术方案出现。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的问题是，针对超大规模光学卫星影像区域网平差问题，提出一 种基于平差参数快速解算的超大规模区域网平差方法及系统。
[0005] 本发明的技术方案为一种基于平差参数快速解算的超大规模区域网平差方法，包 括W下步骤：
[0006] 步骤1，建立改化法方程如下，
[0007] Ax=b
[000引其中，A为改化法方程系数矩阵，若区域网中共有m张像片，则A的阶数为6mX6m，x 表示像方附加参数的改正数，为待解求参数，b为一个大小为6m的列向量；
[0009] 步骤2,基于共辆梯度快速解算步骤1所得改化法方程；
[0010] 步骤3,判断迭代过程是否收敛，是则进入步骤7,否则进入步骤4;
[0011] 步骤4,根据改化法方程解算的参数更新附加像方参数如下，
[0012] X=X〇+dX
[0013] 其中，X为平差待解求参数，沪为平差待解算参数的初值，dX为平差解算的改正数；
[0014] 步骤5,根据像方附加参数和影像RPC参数交会解算连接点物方坐标；
[0015] 步骤6,根据当前像方附加参数和连接点物方坐标更新改化法方程，返回步骤2;
[0016] 步骤7,根据解算的像方附加参数进行RPC参数的精化，得到平差结果。
[0017] 而且，步骤7中，根据解算的像方附加参数进行RPC参数的精化，实现方式如下，
[0018] 首先生成地面虚拟控制点，包括在影像像平面上均匀划分规则格网，对每个格网 中屯、像点P (samp，1 ine )，利用该影像内定向参数，通过前方交会在物方局部一系列高程基 准面上交会得到一系列物方点Pi,此时，像点P与各物方点Pi构成虚拟控制点；
[0019] 然后WRP对莫型为误差模型，RPC参数为待解算参数，在像方加入附加参数，根据原 始RPC列误差方程式，采用最小二乘的方法平差解算未知参数，得到精化后的RPC参数。
[0020] 本发明相应提供一种基于平差参数快速解算的超大规模区域网平差系统，包括W 下模块：
[0021 ]第一模块，用于建立改化法方程如下，
[0022] Ax = b
[0023] 其中，A为改化法方程系数矩阵，若区域网中共有m张像片，则A的阶数为6mX6m，x 表示像方附加参数的改正数，为待解求参数，b为一个大小为6m的列向量；
[0024] 第二模块，用于基于共辆梯度快速解算第一模块所得改化法方程；
[0025] 第=模块，用于判断迭代过程是否收敛，是则命令第屯模块工作，否则命令第四模 块工作；
[0026] 第四模块，用于根据改化法方程解算的参数更新附加像方参数如下，
[0027] X=X〇+dX
[0028] 其中，X为平差待解求参数，沪为平差待解算参数的初值，dX为平差解算的改正数；
[0029] 第五模块，用于根据像方附加参数和影像RPC参数交会解算连接点物方坐标；
[0030] 第六模块，用于根据当前像方附加参数和连接点物方坐标更新改化法方程，命令 第二模块工作；
[0031] 第屯模块，用于根据解算的像方附加参数进行RPC参数的精化，得到平差结果。
[0032] 而且，第屯模块中，根据解算的像方附加参数进行RPC参数的精化，实现方式如下，
[0033] 首先生成地面虚拟控制点，包括在影像像平面上均匀划分规则格网，对每个格网 中屯、像点P (samp，1 ine )，利用该影像内定向参数，通过前方交会在物方局部一系列高程基 准面上交会得到一系列物方点Pi,此时，像点P与各物方点Pi构成虚拟控制点；
[0034] 然后WRP对莫型为误差模型，RPC参数为待解算参数，在像方加入附加参数，根据原 始RPC列误差方程式，采用最小二乘的方法平差解算未知参数，得到精化后的RPC参数。
[0035] 本发明的优点在于:在平差解算时充分利用法方程系数矩阵对称正定的特点，采 用基于共辆梯度的最优解捜索算法迭代解算改化法方程组，并根据解算的参数更新像方附 加参数，再前方交会出连接点的物方坐标，当像方附加参数趋于稳定时，停止计算，该技术 方案解决了大规模方程组不易解算的难题，同时兼顾计算资源开销，可W满足超大规模区 域网平差解算的效率需求。实验表明该技术方案可行、有效，平差解算结果稳定、可靠。
【附图说明】
[0036] 图1为本发明实施例的流程示意图。
【具体实施方式】
[0037] W下结合附图和实施例详细说明本发明【具体实施方式】。
[0038] 鉴于超大规模光学卫星影像区域网平差中改化法方程系数矩阵的阶数较大且该 矩阵为一正定对称的方阵，本发明结合共辆梯度的迭代解算方法提出一种超大规模光学卫 星影像区域网平差参数的快速解算方法，利用共辆梯度的方法迭代解算改化法方程的参 数，再根据解算的参数根据影像RPC参数前方交会便可得到连接点物方坐标。
[0039] 参见图1，实施例的流程可W分为屯个步骤，每个步骤实施的具体方法、公式W及 流程如下：
[0040] 1.改化法方程式的建立
[0041] 对所有连接点像点和控制点像点分别构建观测误差方程，根据最小二乘平差原理 进行法化得到法方程;采用消元改化法方程的策略来进行平差解算，包括先消去连接点坐 标，构建仅包含附加模型参数的改化法方程并简化。
[0042] 具体实施时，可W预先进行改化法方程式的建立，或者利用已有的改化法方程式。
[0043] 设非正则化的地面点大地坐标为(Lat，Lon，化ight)，像点坐标为（s，l)，根据影像 的RPC模型建立误差方程式，将各景待平差影像的RPC模型像方附加一仿射变换模型，则平 差模型公式为：
[0044] (1)
[0045] (2)
[0046] 式中，Fx (Xat, Lon, He i曲t )、Fy (； Lat, Lon, He i曲t)分别为沿轨方向和垂轨方向的像 点坐标函数模型，A 1、A S沿轨方向和垂轨方向的像方附加参数模型，ai，bi(i = 1，2，3)为仿 射变换参数。
[0047] 对于控制点像点而言，由于其对应的物方点坐标精确已知，因此，所构建的误差方 程式中未知参数仅包括该像点所在影像的RPC模型像方附加参数，显然，对于RPC模型像方 附加参数而言，此时式为线性方程而无需进行线性化处理，如式(5):
[004引
（3)
[0049] 式中，vi、vs分别为影像上沿轨和垂轨方向的改正数。
[0050] 对于连接点像点而言，由于其对应的物方点坐标未知，因此，所构建的误差方程式 中未知参数除了包括该像点所在影像的RPC模型像方附加参数外，还包括其对应的连接点 物方坐标(Lat ,Lon ,Height )。对于连接点物方坐标(Xat ,Lon ,Hei曲t)而言，式(3)为一非线 性方程，需要对其赋予初值化3*，1^011，化1肖^)<^并进行线性化处理，如式(4):
[0化1 ] (4)
[0052] 具体实施时，本领域技术人员可自行设定初值化曰*，1^〇11，胎1曲〇<\或者设定初值 求取规则，可采用现有技术，例如使用初始定向参数，采用前方交会的方式确定初值。
[0053] 对所有连接点像点及控制点像点分别构建观测误差方程，并写成矩阵形式：
[0054] V=Mx+Wt-L P (5)
[0055] 其中，V代表像点坐标观测值残差向量;x=[Xl…Xi…Xm]T(i = l，2…m)代表各 景影像RPC像方附加模型参数向量，Xi =(曰日，ai，曰2，bo，bi，b2) i代表影像Imgi的RPC模型像方 附加参数向量，m代表待平差影像数;t=[Ti…Tj…Tn]T(j = l,2…n)代表各连接点物方 坐标改正值向量，Tj = d (Lat，Lon，化ight) j代表连接点TPj的物方坐标改正数，n代表连接点 个数;M、W则分别为对应未知数的偏导数系数矩阵，L和P分别为相应的常向量和权矩阵。
[0056] 根据最小二乘平差原理，对观测误差方程进行法化，可得到法方程如式所示：
[0057]
(6)
[005引当进行大规模区域网平差时，由于参与平差的影像W及连接点的数量较大，上式 左边的法方程系数矩阵阶数较高，直接通过对其进行求逆来解算各项未知参数，不论是内 存开销还是解算效率上都无法满足要求。本发明中采用消元改化法方程的策略来进行平差 解算，考虑连接点物方坐标t的维数通常远高于影像附加参数X，可W先消去连接点坐标t， 构建仅包含附加模型参数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)可简化为：
[00