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高分七号卫星激光测高数据处理与精度初步验证

来源：华佗小知识

第５０卷　第１０期　２０２１年１０月　　

ActaGeodaeticaetCartorahicaSinicagp

测　绘　学　报

Vol．５０,No．１０

,October２０２１

]::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[测绘学报,J．２０２１,５０(１０)１３３８Ｇ１３４８．DOI

/１０．１１９４７．AGCS．２０２１．２０２１００２５．j

,,,LIGuouanTANGXinminHENJiietal．ProcessinndpreliminarccuracalidationoftheGFＧ７satellitelaserygCygayayv[],,()::/altimetrataJ．ActaGeodaeticaetCartorahicaSinica２０２１５０１０１３３８Ｇ１３４８．DOI１０．１１９４７j．AGCS．２０２１．２０２１００２５．ydgp

高分七号卫星激光测高数据处理与精度初步验证

自然资源部国土卫星遥感应用中心,北京１山东科技大学测绘与空间信息学院,山东青岛１．０００４８;２．

江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心,江苏南京２２６６５９０;３．１００２３

２,３２,３２３,,,,李国元１,唐新明１,陈继溢１,么嘉棋１,刘　诏１,高小明１,左志强１,周晓青１

ProcessinndpreliminarccuracalidationoftheGFＧ７satellitelasergayayv

altimetratayd

１２３１２３１１２１１３

,,,,LIGuouanTANGXinminCHENJiiYAOJiaiLIUZhaoGAOXiaominZUOyg,yqg,

１１

ZhiianZHOUXiaoinqg,qg

,M,B１．LandSatelliteRemoteSensinlicationCenterinistrfNaturalResourceseiin０００４８,China;gAppyojg１,,Q２．ColleeofGeodesndGeomaticsShandonniversitfScienceandTechnoloindao２６６５９０,China;gyagUyogyg,３．JiansuCenterforCollaborativeInnovationinGeorahicalInformationResourceDevelomentandAlicationggppppNanin１００２３,Chinajg２

imrovethestereomainccuracfstereoimaeswithoutgroundcontrolpoints．Thelaseraltimetrpppgayogy

,standardizationprocessinfGFＧ７satelliteistheketefsurveinndmainlicationandthegoyspoygappgapp

:GAbstractFＧ７satelliteiseuiedwiththefirstfullwaveformlaseraltimeterofChinaforearthqpp

,,observationwhichismainlsedtoobtainsarseelevationcontrolpointsonthegroundandultimatelyupy

eneratedlaseraltimetrtandardproductsaretheimortantpremiseofsubseuentdistributionandgyspq

,alication．BasedontheGFＧ７satellitelaseraltimetratathispaerstudiesthemethodoflaserppydp,altimetrataprocessinandpreliminarilalidatesthegeometricaccuracflaseraltimetrtandardydgyvyoys

roducts．ThreereionsareselectedtovalidatetheaccuracfGFＧ７satellitelaseraltimetrtandardpgyoys

,,,roductswhichcontainthedomesticgeometriccalibrationareaHuainofShaanxirovinceNorthRhineＧpyp

WesthaliaofGerman．Theresultsshowthattheplanimetricaccuracflaseraltimetrstandardproductspyyoy

))SLA０３incalibrationareais(３．８９６±１．０２９mand(３．２８６±０．３３７m,andelevationaccuracs(０．０１８yi

control．TheoverallaccuracfShaanxiHuainareais(－０．１１３±２．５１９)mand(０．１９１±１．０７１)m,yoy

_resectivelforthetwobeams．TheelevationaccuracflaserointsmarkedwithECPFla＝１is(０．１１１pyyopg)))±０１．５２mand(－００．６４±０１．１５m．TheoverallaccuracfNorwichinGermanis(－０．８９７±５．４８５mandyoy

()－０．２０２±６．２０７m,andtheelevationaccuracflaserpointsmarkedwithECP_Flas(－０．３０４yog＝１i)),±０１．９０mand(－０２．７９±０２．２０m,resectivelforthetwobeams．Atresentthelaseraltimetrstandardpypy

)(),±００．９９m,－００．１７±００．９６minresectivelforthetwoＧbeamlasers．Moreovertheelevationcontrolointpyp

_ualitontrolarameterECPFlaaneffectivelidentifthelaserointsthatcanbeusedforelevationqycpgcyyp

roductsofGFＧ７satellitehavebeendailroducedintheLandSatelliteAlicationCenteroftheMinistrpypppyofNaturalResources．

:G;;;a;eKeordsFＧ７satellitesatellitelaseraltimetrstandardproductccuracalidationlevationywyyv

:);FoundationsuortTheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No．４１９７１４２５TheSecialFundppp

/)forHihResolutionImaesSurveinndMainlicationSstem(No．４２ＧY３０B０４Ｇ９００１Ｇ１９２１ggygappgAppy摘　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

controlointp

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

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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、德国北威州等多个验证区,结合高精度外业测量点和机载LiDARＧ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SDSM数据,LA０３产品定标区两波束激光的平面精度分别为(高程精度分别为(３．８９６±１．０２９)m和(３．２８６±０．３３７)m、０．０１８±质量控制后E德国北CP_Fla０．１１１±０．１５２)m和(－０．０６４±０．１１５)m;g标记为１的激光点高程精度为(

))０．０９９m和(－０．０１７±０．０９６m.采用高程控制点质量控制参数ECP_Flag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(经－０．１１３±２．５１９m和(０．１９１±１．０７１m,威州总体精度为(－０．８９７±５．４８５)m和(－０．２０２±６．２０７)m,ECP_Flag标记为１的激光点高程精度为

()－０．３０４±０．１９０m和(－０．２７９±０．２２０)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;P２２８．３　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:１００１Ｇ１５９５２０２１１０Ｇ１３３８Ｇ１１　　激光测高卫星是对地观测卫星的重要组成部１Ｇ２]

.美国先后于２分[００３年、２０１８年发射了冰、,)及后续卫星I在极地变satelliteICESatCESatＧ２,化监测、湖泊水位测量、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

３Ｇ４]

,例[并于２０１８年１２月在国际太空站上成功装[５]

,)多波束激光测dnamicsinvestiationGEDIyg

高仪.虽然我国目前还没有专门的激光测高卫

);(/)基金项目:国家自然科学基金(高分遥感测绘应用示范系统(二期)４１９７１４２５４２ＧY３０B０４Ｇ９００１Ｇ１９２１

[]研究了卫星激光测高严密几何模型、对影响１１

激光精度的卫星轨道和姿态、指向角、大气、潮汐、光行差等进行了较深入地分析;文献[针对资１２]观测时间、侧摆等方面进行了质量评价分析;文献源三号０并从指向角、２星激光测高仪数据处理,[]针对大气折射对激光测距精度影响进行了研１３究,目前已经形成较成熟的方案,但目前大气散射

１４Ｇ１５]

;的影响及校正还有待深化[文献[对１６—１９]

围绕激光测高数据处理及产品设计,文献

、云和陆地高程卫星(icecloudandlandelevation

备了全球生态系统动力学调查(lobalecosstemgy星,但在２成功实现０１６年发射的资源三号０２星,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

６Ｇ７]

.２性[０１９年１１月３日成功发射的高分七号

卫星激光测高误差及精度等进行分析,并明确指

]１９

.国出坡度是影响测高精度的一个重要因素[

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、标准产品数据处理流程、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、精度评定具有重要的示范价值.

()卫星上装备的业务化应用的全波形激光GFＧ７

测高仪,能为快速获取高程控制点、监测大型湖泊

]８

.水位变化等提供高精度数据支撑[

标准化测绘处理是国产卫星激光测高产品走

１,９]

“,嫦娥”系列卫星上搭载过激光测高系统[但

向工程化应用的基础和前提.我国对月观测的其观测条件、仪器性能、精度指标等与对地观测有

１　高分七号卫星激光测高仪特点

１．１　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３Hz的工作频率向地面发射１０６４nm波长的激光脉冲,在地面形成沿轨间隔约２．垂４km、轨间隔约１如图１所２．２５km的离散激光光斑,示.对应２０km×２０km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.

/GLAS、ICESatＧ２ATLAS、GEDI等为代表的卫

]３Ｇ５,１０

,星激光测高产品体系[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.

/很大区别.此外,国外虽然先后建立了ICESat

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２０]

表１　激光测高仪主要技术指标[

:htt∥xb．sinomas．compp

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.

形数据样例,所代表的地表覆盖类型分别为裸地、建筑物和植被等.

图５为高分七号卫星激光测高的原始回波波

Tab．１　Maintechnicalindicatorsoflaseraltimeter

指标

测量范围测距精度激光波束激光重复频率单脉冲激光能量激光器工作波长激光发散角光斑直径激光脉冲宽度

设计值

４５０~６００km

)设计值:坡度小于１≤０．３m(５°２波束３Hz

,初期不低于(激光器１８０±２)mJ

８次后,工作１×１脉冲能量衰减０

()１０６４±０．５nm

不超过１０％

２　高分七号卫星激光数据处理

２．１　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ICESatICESatＧ２、GEDI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２　高分七号卫星激光测高产品分级信息表

roductsofGFＧ７satellitep

产品名称

产品定义

原始二进制数据文件

对S整理、归类LA００进行解码、后的明码数据文件

对S实LA０１产品结合定标参数、

时下传的姿态和轨道信息,经波形处理、基本几何定位的基础测距产品

对S结合精密轨LA０１或SLA０２,道、精密姿态、大气和潮汐改正、

SLA０３

全波形处理、足印影像测绘标准化处理,形成的激光测高标准产品

SLA０４SLA０５SLA０６

气溶胶、光学厚度、云高等大气专题产品

对SLA０３进行质量控制和自动筛选提取后的高程控制点专题产品

基于SLA０３生产的大型湖泊水位专题产品

在研

全球高程控制

点,按需提供南北向长度大于１０km的湖泊

备注星上原始数据按需提供

SLA００SLA０１

;在轨测试结果,波束１:３８urad

波束２:４２urad在轨测试结果,波束１:１９m;波束２:２１m

激光发射和回波采样频率２GHz

５~７ns

激光发射和回波量化位数１０bit

足印相机地面像元分辨率３．２m(＠５０５．９８４km)足印相机视场角足印影像量化位数

１４bit≤±０．１°

Tab．２　Gradinnformationtableoflaseraltimetrgiy

１．２　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的偏移,实现激光光斑和实际落点地物的分０．４°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、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

SLA０２

粗略几何定位和应急使用

已业务化生产,可对外分发

然资源部国土卫星遥感应用中心实现业务化生

２１]

.同时随着产,可以对外分发供相关用户使用[

目前已在自SLA０３作为激光标准测绘产品,

,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(,)上为一个平移量.laserfootrintimaeLFIpg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

数据的积累,正在逐步构建全球高程控制点数据产品SLA０５以及大型湖泊水位产品SLA０６.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、光学厚度、云高等大气专题产品SLA０４目前作为备选项进行了保留,后期将结合高分七

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号同平台的多光谱影像、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.

Fi．１　DataacuisitionmethodforlaseraltimetrfGFＧ７satellitegqyo

图１　高分七号卫星激光测高数据概况

Fi．２　Laserfootrintimaeinsnchronousexosuremodegpgyp

图２　同步曝光模式足印影像

２．２　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SLA０３是全球激光点地理ATLAS系列产品中的ATL０３(

.高分七号后续的高程控制点、定位产品)湖泊水位等专题产品均可由SLA０３标准产品经深加工其他类专题产品的基础,类似ICESatＧ２卫星的

而生成.标准产品SLA０３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、潮汐等环境具有精确地理信息的足印影像、标准化的波形特征参数等.处理步骤如下.

]２,１１,２２

、影响进行精细改正得到的精确三维坐标[

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:htt∥xb．sinomas．compp

Fi．３　Laserfootrintimaeinasnchronousexosuremodegpgyp

图３　异步曝光模式足印影像

)波形处理.对波形数据进行预处理,经高　　(１

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.()大气改正.结合全球气象再分析资料,如２

美国国家环境预测中心(nationalcentersfor

Fi．４　PrincileoflaserfootrintimaeofGFＧ７satellitegppg

图４　高分七号卫星激光足印影像原理

,)发布的全球１environmentalredictionNCEP°×１°p

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.

Fi．５　ExamleoforiinalechowaveformdataofGFＧ７satellitelaseraltimetrgpgy

图５　高分七号卫星激光测高的原始回波波形数据示例

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　　(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

２３Ｇ２４]

.斑的实际落点位置进行修正[

了８类,除标记为１剩下的７级０的代表落水外,SLA０３产品中ECP_Fla２、３的激光点g标记为１、

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、坡度小于２高程精度非常高,理°且回波中主峰面积和能量占优,精度较高,理论上,优于０．标记为３的代表坡度小于７．回波４３m;５°中主峰面积和能量基本占优,理论上精度优于

用于标识激光点作为高程控制点的可用性.

()潮汐改正和精确位置解算.结合精确距４

离值、精密轨道和姿态数据、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、海潮、极潮、负荷潮等各类潮汐改正.

()质量控制标记.结合足印影像云检测、５

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、地形、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、波峰数、足印影像基字段,共标记Flaelevationcontrolpointflag(g)

]２２

,本质量判断、地形坡度等信息[增加了ECP_

论上应优于０．标记为２的代表坡度小于５１７m;°

但因大光斑内地物影响,精度的可信度可０．６５m,

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、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、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、可靠性较差;标记为１０的代表根地表覆盖分类判断www．loballandcover．com)g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.

(,:据地理位置和GLC３０loballandcoverhtt∥gp

Fi．６　ProductionprocessofGFＧ７satellitelaseraltimetrtandardproductgys

图６　高分七号卫星激光测高标准产品生产流程

２．３　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SLA０３中

包括波形数据、影像数据、激光足印三维坐标以及各种特征参数.主体文件以HD在F５格式存储,

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:htt∥xb．sinomas．compp

每个激光点存储在一个组HDF５文件内部,()中,每个激光点的数据由若干字段组成,Group),根据字段的具体内容分为６个子组(SubGroup_I、包括综合信息(足印影像信Basicnformation)、息(波形信息(LFI_Information)Waveform_

)、)、地形地物信息(地球FeatureTerrainFeature综合信息中包含激光点的编号、三维坐标、所属激光器等,足印影像信息中包含足印影像分辨率、激光落点在足印影像上的像素位置、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、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、极潮、海潮和负荷潮改正值,其他字段包含基于GLC３０获取的激光落点处地物覆盖类别、陆海标识.２．３．１　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、元().其中,表３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包含了配套的辅助文件,一hae文件,p起存放于LaserRane文件夹中.激光三维坐标g纬度、高程、高程可用性标记等信息.

表３　激光测高标准产品文件列表

Tab．３　Listoflaseraltimetrtandardproductfileys

激光测高标准产品

数据体元数据

文件格式HDF５文件XML文件

文件名∗．xml∗．h５

:该数据段中心经度,保留１位小数,Eaaa．a

东经为E,西经为W.:该数据段中心纬度,保留１位小数,Nbb．b北纬为N,南纬为S.该数据段中心对应的日期,YYYYMMDD:格式为年月日.

:该数据段中心对应的时间,格式HHMMSS

为时分秒.

)、).其中,物理信息(其他字段(GeohsicOtherpy

３　高分七号卫星激光测高标准产品精度

验证

　　针对经业务化自动处理生产的SLA０３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３．１　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、中国资源卫星应用中心等７月１４日、７月１９日先后多次在几何定标场准确

２０]

,捕捉到激光光斑[利用探测器的中心位置可以对定标后经标准处理生产的SLA０３产品进行平面绝对精度评价,结果见表４.

表４　基于地面探测器的激光点平面误差统计

rounddetectorg

波束号

日期６月１４日

波束１

６月１５日７月１４日６月１４日７月１９日

激光点ID９２９４６０００９

误差值/m

东向

北向

平面

高程

数据接收站简称,如MYXXX:C为密云站.

地RTKＧGPS测量点和LiDARＧDSM进行验证分析.

数据文件、空间分布文件、激光三维坐标文件

多家单位联合,在２０２０年６月１４日、６月１５日、

文件为文本文件,提供各个激光点的索引、经度、

Tab．４　Errorstatisticsoflaserpointplanebasedon

９２８４３８２４９　１．２９６　２．０６８　２．４４１　－０．００９９５９５３６１４９－２．４２１　－３．４３４　４．２０１９５９５３６１５３－２．０２２－３．５４６４．０８２９６４７１９１１８－１．９１８　－２．８９３　３．４７１９６４７１９１２２－１．３５８－２．５５８２．８９６

１．４２７４．６４７４．８６１０．０６６

ＧＧＧＧ

空间分布文件LaserRane文件夹∗．shdbf∗．rshxgp∗．pj∗

激光坐标文件文本文件∗．sla

波束２

９２８４３８２４２　２．０５０　２．８２４　３．４８９　－０．０１４

２．３．２　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:

SLA０３_GF７_０１_iiiiii_Eaaa．a_Nbb．b_

_X//YYYYMMDDHHMMSSXX．H５XMLSHP

其中,测高标准产品在对地观测卫星产品SLA０３:

体系中的类别编号.

_高分七号０GF７０１:１卫星的简称.:卫星运营商定义的轨道编号.iiiiii

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．对应激光指向１２m,;短时间的稳定精度为０．波束２在７月１０５″９日的编号为９６４７１９１１８和９６４７１９１２２的两个激光点同一波束内具有非常好的一致性,如波束１在

表４中计算高程值为空的代表该激光点所在

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

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平面误差较差为０．对应激光指向短时间的５８m,.试验区波束１的激光点平面稳定精度约０．２４″))别为(３．８９６±１．０２９m和(３．２８６±０．３３７m.绝对误差最大为４．波束２最大为３．８６１m,４８９m,基于地面探测器统计的两波束激光的平面精度分

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.

６月１９日、６月２４日分别实测了一定数量的RTKＧ

.波束与实际计算的高程值的误差见表５GPS点,精度分别１和波束２参与统计的个数分别为２２个,

)()为(０．０１８±０．０９９m,－０．０１７±０．０９６m.即与定标区时间和空间临近的激光点,在坡度小于２的平°坦地区绝对高程精度优于０．１０m.

在外场定标区２０２０年６月９日、６月１４日、

３．２　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、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WGSＧ８４椭球的大地高.陕西华阴地区的高程范围为

[,平地和山区基本各占一半;德２９９．３m,１５３５．７m]

,国北威州验证区的高程范围为[７３．８m,６１３．２m]

表５　临近定标区的激光点高程验证结果统计

Tab．５　Statisticaltableofverificationresultsoflaserpointelevationinfieldcalibrationarea

点ID高程波束１实测高程１０４５．９３２１０４３．２７１０８４．５６５１０９２．２４６１０９１．８０２１０３８．８８１１０４０．６５５１０４０．５４８１０５０．５７７１０４９．９４７１０５１．６２４１０６６．９５３１０７５．０４３１０７６．３０９１０８５．９７３１０８９．９１０８８．９４６１１１８．８２２１１３３．６２９１１３６．４６８差值０．１３６０．１４７－０．０２４０．００５０．０５８０．０２３０．１４００．１４４－０．１０７－０．０１８０．０２４０．０２７－０．０３９－０．０３９－０．０７２－０．０４４０．０１５０．０６２０．０１２点ID高程波束２实测高程１０５３．６０７１０４５．３５２１０７１．７１７１０７９．２８９１０８０．１３４１０８１．６５５１０８８．０４１０７６．０７６１０７４．３１３１０７８．３１７１０８４．５５１１０８４．２５２１０９３．７６６１０９２．９３６１１０１．３６１１１０９．７０８１１１８．４２６１０９３．９７１１１２１．０６１１１２５．８１差值－０．０４６－０．１４５－０．００８－０．１１１－０．１５－０．０１５０．００７０．０６２０．０１９０．０１８－０．０２１－０．０１４－０．１０２０．００９０．０９３０．０８４０．０５５０．０８６０．０７３０．００５m

９２３２５５２５３９２３２５５２５７９２８４３８２４９９２８４３８２５３９２８４３８２５７９３３６２１３０９９３３６２１３１３９３３６２１３１７９３３６２１３２１９３３６２１３２９９３３６２１３３３９３３６２１３３７９３３６２１３４１９３８８０４３４１９３８８０４３６９９３８８０４３７７９３８８０４３８１９３８８０４４０１９３８８０４４０５９３８８０４４０９１０４６．０６８１０４３．４１７１０８４．５７７１０９２．２２２１０９１．８０７１０３８．９３９１０４０．６７８１０４０．６８８１０５０．７２１１０４９．９４７１０５１．５１７１０６７．０１５１０７５．０２５１０７６．３３３１０８６．０１０８９．９１５１０８８．９０７１１１８．７８３１１３３．５５７１１３６．４２４９２３２５５２５０９２８４３８２３８９２８４３８２４２９２８４３８２４６９２８４３８２５０９２８４３８２５４９２８４３８２５８９３３６２１３０６９３３６２１３１０９３３６２１３１４９３３６２１３１８９３３６２１３２２９３３６２１３３０９３３６２１３３４９３３６２１３３８９３３６２１３４２９３３６２１３４６９３８８０４３７０９３８８０４３９４９３８８０４３９８１０５３．５６１１０４５．２０７１０７１．７２２１０７９．２８１１０８０．０２３１０８１．５０５１０８８．０２５１０７６．０８３１０７４．３７５１０７８．３３６１０８４．５６９１０８４．３２５１０９３．７４５１０９２．９２２１１０１．４４７１１０９．６０６１１１８．４３５１０９４．０６４１１２１．１４５１１２５．８６５　　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,数据获取时间针对激光点的落２７３８轨.点位分布如图７所示,点位置经纬度,以３~５m间隔往外扩２０m左右,利用R如TKＧGPS采集地面点的三维精确坐标,经统计波束１和波束２的总体高程精度分别为图８所示.波束１共４波束２共２５个点、５个点,()相关结－０．１１３±２．５１９m和(０．１９１±１．０７１)m,

.表６中E_F果见表６CPlag字段标记为１的个数分别为２０２０年４月２６日、５月１日的２６６２轨和

)标记为２的分别为１精度±０．１１５m;０个和５个,

)()分别为(０．２４６±０．２２９m、０．１２２±０．２６９m.

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．标记为３３m以内;的精度在０．可以考虑使用;剩下的为地５m左右、形、地物复杂区或信噪比较低的点精度较差,不能精度可靠,可以作为高精２的标记方法完全可信、度高程控制点使用.

作为控制点使用.从统计结果来看,标记为１和

)(均为１精度分别为(１个,０．１１１±０．１５２m、－０．０６４

October２０２１Vol．５０No．１０AGCS表６　陕西验证区激光点绝对高程精度统计表

:htt∥xb．sinomas．compp

Tab．６　AbsoluteelevationaccuracflaserpointsinShaanxiverificationareayo

激光点可用性标记ECP_Fla＝１gECP_Fla＝２gECP_Fla＝３g

其他总点数

个数１１１９１４４５１

(占比/％)２４．４４４２．２２３１．１０２．２２

波束１

精度/m

(占比/％)

４４２０１６２０

波束２

精度/m

个数１１５４２５５

０．１１１±０．１５２０．２４６±０．２２９－０．８３６±４．５３２－０．１１３±２．５１９０．４８７

－０．０６４±０．１１５０．１２２±０．２６９０．３５１±０．４４８０．６９０±２．４７６０．１９１±１．０７１

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间为２高程基准为德国采用的０１４—２０１６年,

采用EDHHN２０１６,GM２００８大地水准面模型转综合考虑L该区域参考iDAR点云本身的精度,光的总体精度分别为(－０．８９７±５．４８５)m和

()－０．２０２±６．２０７m.ECP_Flag标记为１的高程产品的绝对高程精度评价结果见表７,两波束激机载L格网大小为１m,获取时iDARＧDSM数据,换为WGSＧ８４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,数据的绝对高程精度约０．２５m.该区域SLA０３

图７　陕西区域部分激光高程点分布示意

ointsinShaanxirovincepp

Fi．７　Distributionmaflaserelevationgpo

精度分别为(－０．３０４±０．１９０)m和(－０．２７９

)标记为２的高程精度分别为(±０．２２０m,－０．１１０(能控制在０．±０．４５４)m、０．０２４±０．５０１)m,５m

内,即ECP_Flag标记为１和２的可以作为高程控制点使用.

Fi．８　Schematicdiaramoflaserlandiniteandgggs

locationofRTKＧGPSmeasurinointgp

图８　激光落点与RTKＧGPS测点位置示意

２０２０年６月２１日的第３５１６轨、７月６日的第

３７４５轨、７月１１日的第３８２０轨、７月２１日的第３９７３轨、８月２９日的第４５６４轨.由于该区域激

　　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

图９　德国北威州地区高分七号卫星激光测高数据

分布示意

Fi．９　Distributionmaflaserelevationpointsingpo

NorthRhineＧWesthaliaofGermanpy

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７　德国北威州地区激光点绝对高程精度统计

Tab．７　AbsoluteelevationaccuracflaserpointsinNorthRhineＧWesthaliaofGermanyopy

波束１

波束２

１３４７

激光点可用性标记ECP_Fla＝１g

ECP_Fla＝２gECP_Fla＝３g

其他总点数

个数４３２９３３６

(占比/％)３８．７４２６．１３２９．７３５．４０

－０．３０４±０．１９０－０．１１０±０．４５４－０．６６９±０．８３２－２．３８６±９．９８９－０．８９７±５．４８５

精度/m

个数２７３３４５９

(占比/％)２３．６９２８．９５３９．４７７．８９

－０．２７９±０．２２０－０．１３３±０．６７６－０．３３６±９．９２９－０．２０２±６．２０７０．０２４±０．５０１

精度/m

１１１１１４

４　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、德国等区域进行产品精度验证.

()经标准化测绘处理后,目前高分七号的激１

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高程优于．０m,０．１０m.()验证区的激光点高程精度随地形地物影２

响存在一定差异,其中陕西区两个波束的总体测)德国北威州的总体测高精度分别为±１．０７１m,())－０．８９７±５．４８５m和(－０．２０２±６．２０７m.()高分七号卫星两波束激光经质量控制３后,在陕西华阴验证区ECP_Flag标记为１的激高精度分别为(－０．１１３±２．５１９)m和(０．１９１

用场景多样性方面还有一定差距.此外,高分七辐射质量不号激光足印影像还存在分辨率偏低、

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、应用同时要加快推动陆海激光卫星的预研攻潜力,

２５Ｇ２６]

,关[争取早日发射国产首颗专业型号的激光

在测绘、极地、测高卫星,林业、水利等多个行业实现规模化应用.

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光点高程精度分别为(m和０．１１１±０．１５２)

(德国北威州验证区E－０．０６４±０．１１５)m,CP_Fla－０．３０４g标记为１的激光点高程精度分别为())波束２分别为±０．２２９m和(－０．１１０±０．４５４m,(０．１２２±０．２６９)m和(０．０２４±０．５０１)m.说明通

,过质量控制标记E可以将精度优于CP_Flag精度更高,其中陕西华阴验证区优于０．德１５m、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,)±０．１９０m和(－０．２７９±０．２２０)m.这两个区域

标记为２的激光点高程精度波束１分别为(０．２４６

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标记为０．５m能用作高程控制的点进行有效识别,

其中标记为１的１和２的均能用作高程控制点,

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精全波形激光测高相比,高分七号激光光斑更小、度相对略高,但在激光器硬件水平的重频率及应

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(责任编辑:张艳玲)

收稿日期:２０２１Ｇ０１Ｇ１４修回日期:２０２１Ｇ０３Ｇ２４

,第一作者简介:李国元(男,博士,副研究员,主１９８４—):,,FirstauthorLIGuouan(１９８４—)malePhD,associＧy

ateresearchfellow,maorsinsatellitelaseraltimetrjydataprocessinndalication．gapp

:_EＧmaillilasac＠foxmail．comgy通信作者:唐新明

要研究方向为卫星激光测高数据处理与应用;

:CorresondinuthorTANGXinminpgag:EＧmailtanxinmin９９＠qcomggq．

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