GBT 43995-2024 数字航天摄影测量 空中三角测量规范标准立项发展报告

数字航天摄影测量空中三角测量规范（GB/T43995-2024）标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SpecificationsforAerialTriangulationofDigitalSpacePhotogrammetry(GB/T43995-2024)摘要随着我国航天遥感技术的飞速发展，高分辨率光学卫星影像已成为基础地理信息测绘、自然资源调查监测、国土空间规划以及数字城市建设等众多领域不可或缺的核心数据源。空中三角测量（简称“空三”）作为摄影测量生产流程中精度控制的关键环节，直接决定了下游测绘产品的几何精度与可靠性。长期以来，我国航天摄影测量领域的空三作业缺乏统一的国家标准，各生产单位在技术流程、精度评定和成果质量控制等方面标准不一，制约了行业整体技术水平的提升与成果的规范化应用。为适应数字航天摄影测量技术发展的迫切需求，国家标准化管理委员会批准立项制定GB/T43995-2024《数字航天摄影测量空中三角测量规范》。本报告系统阐述了该标准的立项背景、编制原则、主要技术内容及其预期应用效益。该标准于2024年5月28日发布，自2024年9月1日起正式实施，填补了我国航天摄影测量空三作业领域国家标准的空白，对于规范行业作业流程、统一质量评判尺度、促进国产卫星遥感数据产业化应用具有深远的指导意义和重要的推动作用。关键词：数字航天摄影测量；空中三角测量；国家标准；几何精度；影像匹配；区域网平差；质量控制Keywords:DigitalSpacePhotogrammetry;AerialTriangulation;NationalStandard;GeometricAccuracy;ImageMatching;BlockAdjustment;QualityControl1引言1.1研究背景航天摄影测量是利用航天飞行器搭载的传感器获取地球表面影像，通过摄影测量处理方法提取目标几何信息和属性信息的技术科学。进入21世纪以来，全球遥感技术呈爆发式增长态势，我国相继发射了资源系列、高分系列、吉林一号星座、北京二号星座等多类型光学遥感卫星，影像分辨率从米级跃升至亚米级，重访周期不断缩短，数据获取能力实现了质的飞跃。据不完全统计，目前我国在轨运行的民用光学遥感卫星已超过百余颗，年数据获取量达数万景以上。空中三角测量是摄影测量生产体系中承上启下的核心环节，其基本任务是通过少量外业控制点，利用影像间的连接点和摄影测量平差理论，解算每张影像的精密外方位元素及加密点的地面坐标，为后续立体测图、数字高程模型（DEM）生产和数字正射影像（DOM）制作提供精确的定向参数。在传统航空摄影测量中，空三技术体系已相当成熟并形成了完善的标准规范；然而在航天摄影测量领域，由于卫星影像的轨道特征、成像几何模型、覆盖范围以及影像重叠度等与航空影像存在显著差异，传统空三作业流程与技术指标难以直接适用。制定专门针对数字航天摄影测量的空中三角测量国家标准，成为行业发展的迫切需求。1.2标准立项的必要性第一，行业标准缺失制约技术应用。尽管我国航天摄影测量生产实践已积累了丰富经验，但缺乏统一的国家标准对各环节技术要求进行规范。不同作业单位在连接点布设策略、平差数学模型选取、精度评定指标设定等方面做法各异，导致同类产品精度参差不齐，无法有效进行质量比对和成果共享。第二，技术进步催生标准化需求。当前的数字航天摄影测量已全面转向全数字化流程，高性能影像匹配算法、GPU并行计算技术、人工智能辅助控制点提取等新技术不断涌现。新型传感器（如激光测高卫星、双线阵立体相机、三线阵立体相机等）的广泛应用，对空中三角测量的技术流程和处理能力提出了更高要求。标准化工作需及时跟进，将成熟的新技术成果纳入规范体系。第三，国际化发展需要标准支撑。随着我国航天遥感数据走向国际市场，测绘地理信息成果的国际化服务对标准提出了更高要求。制定与国际标准接轨、同时体现我国技术特色的空三作业规范，有助于增强我国航天遥感技术在国际合作中的话语权和竞争力。1.3编制依据与原则本标准的编制以《中华人民共和国标准化法》为依据，遵循GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定，充分参考了以下已有标准和规范：-GB/T14950-2009《摄影测量与遥感术语》-GB/T7930-2008《1:5001:10001:2000地形图航空摄影测量内业规范》-GB/T12340-2008《1:250001:500001:100000地形图航空摄影测量内业规范》-CH/T3005-2021《航空摄影测量空中三角测量规范》-国际摄影测量与遥感学会（ISPRS）相关技术报告编制过程中遵循以下原则：（1）科学性原则：技术指标的确定基于严密的摄影测量理论分析和大量生产实践验证，确保标准内容的科学合理性；（2）先进性原则：积极吸纳当前航天摄影测量领域的最新技术成果，体现行业技术发展方向，避免标准内容滞后于技术发展；（3）协调性原则：与已有国家标准、行业标准保持协调一致，避免技术指标冲突和重复规定；（4）可操作性原则：标准条款力求具体明确，便于不同类型和规模的测绘生产单位实施执行。2标准主要内容概述2.1范围本标准规定了数字航天摄影测量生产中空中三角测量的基本要求、准备工作、连接点自动提取、控制点转刺与量测、区域网平差计算、成果质量检查与精度评定以及成果整理与提交等内容。适用于利用框幅式或推扫式光学卫星影像开展空中三角测量的生产作业，其他类型航天遥感影像的空三作业可参照执行。2.2规范性引用文件标准规范性引用了包括GB/T14950（摄影测量与遥感术语）、GB/T18316（数字测绘成果质量检查与验收）等在内的多项国家标准，确保标准体系协调统一。2.3术语和定义标准中对以下关键术语进行了明确定义：-数字航天摄影测量：利用数字航天遥感影像，通过数字摄影测量技术手段获取地理空间信息的技术过程；-空中三角测量：利用摄影像片上的连接点和少量地面控制点，通过摄影测量平差方法确定影像外方位元素和加密点地面坐标的过程；-连接点（TiePoint）：在相邻或多张影像上能够准确识别和量测的同名像点；-区域网平差（BlockAdjustment）：对覆盖整个测区的全部影像，根据控制点和连接点的观测值，采用平差方法整体求解影像定向参数和加密点坐标的技术过程；-有理函数模型（RationalFunctionModel,RFM）：以有理多项式形式表达影像像点坐标与地面点坐标之间数学关系的通用成像几何模型。2.4基本技术要求标准从成果精度等级划分、坐标系与高程基准、影像资料要求以及控制资料要求四个维度对空三作业提出了系统性技术要求。（1）成果精度等级划分标准将空三成果精度划分为三个等级：一级精度、二级精度和三级精度。各等级对应不同的应用场景：一级精度主要用于1:5000及以上大比例尺测图和精密工程测量；二级精度适用于1:10000至1:25000比例尺测图；三级精度服务于1:50000及更小比例尺的测绘任务和一般性地理信息服务。精度分级体系的建立，为不同测绘任务合理选择空三作业技术指标提供了依据。（2）坐标系与高程基准规定空三成果的平面坐标系统应采用2000国家大地坐标系（CGCS2000），高程基准采用1985国家高程基准。因特殊需要采用其他坐标系统的，应明确转换关系并提供转换参数，以保证与国家测绘基准的统一衔接。对于采用地理坐标的系统，其参考框架应与CGCS2000的定义保持一致。（3）影像资料要求明确规定了参与空三解算的卫星影像应满足的基本条件：影像清晰、层次丰富、无明显噪声和条带；同一测区影像时相差异不宜过大，以保证地物特征的时间一致性；影像侧视角（或天顶角）不宜超过传感器设计允许范围和任务设计要求；影像重叠度应满足立体测图和连接点转点的最低需求。此外，影像的辐射质量应经过必要的预处理，消除或减弱大气散射、传感器响应差异等因素的影响。（4）控制资料要求对外业控制点的布设方案、施测精度、成果形式等提出了明确要求。控制点的目标影像应清晰可辨，易于在影像上准确判读和量测。控制点数量依据测区大小、地形类别和精度等级综合确定，最低控制点数量应满足区域网平差自由网变形检核的需求。对于境外区域或困难地区，允许采用GNSS现场测量、激光测高卫星控制点等方式获取控制资料，但应保证施测精度满足对应精度等级的要求。2.5空中三角测量作业流程标准按照实际生产作业顺序，将空三作业分为以下几个主要阶段：（1）准备工作包括收集和分析测区影像资料、控制点资料以及必要的辅助资料（如卫星轨道参数、传感器定标文件等），在此基础上制定空三作业技术方案，选择合理的平差数学模型（严格传感器模型或通用传感器模型），设计连接点布设方案和区域网划分方案。（2）连接点自动提取规定连接点的自动提取应采用成熟可靠的同名点匹配算法，包括特征点提取、粗差剔除、整体分布优化等环节。标准对连接点的数量和分布提出了具体指标要求：连接点应在影像重叠区域均匀分布，标准点位区（影像六点标准配置区域）不应出现大范围空白；每个连接点应至少在3张影像上有同名观测；连接点在影像上的分布密度应根据精度等级要求和地形复杂程度合理确定。对匹配质量较差的区域（如云覆盖区、大面积水体、阴影区等）应适当增加人工干预补点。（3）控制点转刺与量测控制点的转刺应优先采用自动预测加人工校核的方式，最大限度减少人工量测的主观性误差。标准对控制点量测提出了像方量测精度指标，通常在0.5至1.0像素范围内（视精度等级而定）。对于自动转刺失败的困难控制点，允许采用人工判读方式量测，但应详细记录实施过程和质量检查情况。（4）区域网平差计算平差计算是空三作业的核心技术环节。标准要求区域网平差应采用稳健的粗差探测和剔除方法（如选权迭代法、数据探测法等），确保平差结果的可靠性。平差数学模型的选择应结合影像的成像方式确定：框幅式影像优先采用光束法平差，推扫式影像可采用基于有理函数模型的区域网平差或严格轨道模型的平差。标准还对各精度等级下的平差后像控点残差、检查点中误差等关键指标给出了具体的限差要求。（5）成果质量检查与精度评定质量检查包括过程检查和最终检查两个层次。过程检查贯穿连接点提取、控制点转刺、平差计算的各个环节；最终检查则从整体上评定空三成果的精度指标、连接点的完好率和可靠性、区域网的完整性等方面是否满足要求。标准规定了质量检查的具体内容、方法和评判标准，并要求形成完整的质量检查记录。（6）成果整理与提交规定了空三成果的提交内容、数据组织格式以及文档资料要求。主要包括：像片外方位元素文件、加密点坐标文件、连接点观测数据、区域网平差报告、精度统计报告、质量检查报告以及必要的技术总结等。2.6精度评定与质量控制精度评定是空中三角测量标准的核心内容之一。标准从三个方面构建了完善的精度评定体系：（1）像控点残差控制：规定区域网平差后各控制点在像方和物方的残差应控制在相应精度等级允许的限差内，残差的系统性偏差应通过附加参数消除。（2）检查点（独立检查点）精度评定：区域网内应布设不少于一定比例且分布合理的独立检查点，用于客观评定空三成果的绝对精度。检查点不得参与平差解算，以保证评定的客观公正性。（3）相对精度指标：包括连接点的像方残余上下视差、相邻模型间同名点高程较差等指标。这些指标反映了区域网内部的几何一致性质量。此外，标准对粗差控制提出了明确要求：平差后残差大于3倍中误差的观测值应视为粗差予以剔除或修正，粗差比例应控制在总观测量的万分之五以内。对于无法满足精度要求的情况，应通过增加控制点、调整区域网划分方案、改进平差模型等手段进行返工。3标准编制单位与主要起草单位介绍本标准由自然资源部提出并归口管理，全国地理信息标准化技术委员会（SAC/TC230）组织起草。主要起草单位包括中国测绘科学研究院、国家基础地理信息中心、自然资源部国土卫星遥感应用中心、武汉大学、北京航天宏图信息技术股份有限公司、中测新图（北京）遥感技术有限责任公司等国内航天摄影测量领域的权威科研机构与高新技术企业。中国测绘科学研究院是本标准编制的牵头单位。该研究院成立于1959年，隶属于自然资源部，是我国测绘地理信息领域综合性国家级科研机构。长期以来，该院在航空航天摄影测量理论与方法、数字摄影测量系统研发、卫星遥感影像几何处理、测绘标准化等方面积累了深厚的技术储备和丰富的科研经验。研究院拥有测绘科学与技术博士、硕士学位授权点，建有测绘科学与地球空间信息国家重点实验室培育基地、地理空间信息工程国家测绘地理信息局重点实验室等重要科研平台。在航天摄影测量领域，中国测绘科学研究院先后承担了国家科技支撑计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金等多项国家级科研项目，自主研制了新一代数字摄影测量网格处理系统（DPGrid）、卫星影像区域网平差软件系统等具有自主知识产权的核心技术装备，在卫星影像高精度几何处理、无地面控制点定位、稀少控制点区域网平差等方面取得了具有国际影响力的研究成果。相关成果在我国基础地理信息更新、第三次全国国土调查、地理国情监测等重大工程中得到了广泛应用，为本标准的编制提供了坚实的技术支撑和实践基础。在标准编制过程中，中国测绘科学研究院充分发挥了牵头组织作用：组织开展了广泛的行业调研，系统收集了各单位在航天摄影测量空三作业中的技术流程、生产经验和存在问题；组织完成了多项关键技术指标的实验验证，确保了标准内容的科学合理性；组织召开了多次专家咨询会和审查会，广泛听取了来自生产一线、科研院所和高等院校的专家意见，对标准文本进行了多轮修改完善。同时，研究院还积极参与国际标准化组织ISO/TC211（地理信息标准化技术委员会）的相关工作，为标准国际对接提供了有力支撑。4结论与展望4.1标准实施的意义GB/T43995-2024《数字航天摄影测量空中三角测量规范》作为我国首项专门针对数字航天摄影测量空中三角测量作业的国家标准，其实施具有多方面的重大意义：（1）填补标准空白，完善标准体系。本标准的发布填补了我国航天摄影测量空三作业国家标准领域的空白，与已有的航空摄影测量空三规范（CH/T3005-2021）形成了相互衔接、互为补充的完整标准体系，为航天摄影测量生产的规范化和标准化提供了制度保障。（2）统一技术尺度，保障成果质量。通过建立统一的精度分级体系、作业流程和技术指标，有效解决了此前各单位在空三作业中各行其是、质量参差不齐的问题，为测绘成果的质量监督和检验验收提供了科学依据。（3）促进技术进步，助力产业发展。标准积极吸纳了当前航天摄影测量领域的最新技术成果，为新技术的大规模工程化应用提供了规范指引。标准的实施也将引导相关软件研发单位按照统一的技术要求优化产品功能，推动测绘装备和软件产业的健康发展。（4）支撑国家战略，服务社会发展。高精度卫星测绘能力是支撑自然资源管理、生态环境保护、防灾减灾、国防建设等国家需求的关键技术手段。本标准的实施将有力提升我国航天摄影测量成果的精度和可靠性，为数字中国、智慧社会建设等国家重大战略提供精准的地理空间信息保障。4.2未来展望随着航天遥感技术的持续快速发展，空中三角测量技术也将面临新的机遇和挑战。展望未来，以下几个方面值得重点关注