“首套15米格网全国数字表面模型关键技术研发及产业化”项目依托2012年卫星及应用产业发展专项“基于国产卫星的地理国情应用示范”、国家测绘地理信息局标准项目“CH/T 3012-2014数字表面模型航空摄影测量生产技术规程”以及高分专项“国土资源遥感应用示范系统”等，建立了高精度数字表面模型（DSM）产品标准体系，研发了国产卫星高精度数字表面模型（DSM）产品快速处理平台，生产了一套覆盖全国范围的15米DSM数据产品，建立了光学卫星大范围高精度全国15米分辨率数字表面模型，突破了立体像对自动筛选覆盖分析等关键技术。项目开展全国范围15米数字表面模型和产品快速处理平台的产业化推广，在测绘、国土、农业、林业、环保、水利、交通等行业等到了广泛应用，同时在天地图、全国地理国情普查、数字／智慧城市等国家重大测绘工程中得到了深入应用。

该项目由国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心、北京四维空间数码科技有限公司和中国测绘科学研究院承担完成。项目负责人为国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心副主任、资源三号卫星应用系统总指挥孙承志博士。项目产品示范单位包括环境保护部卫星环境应用中心、国家测绘地理信息局第四航测遥感院、北京绿源智林农业研究院、内蒙古土地调查规划院、贵州省测绘资料档案馆、迪泰鸿图（北京）科技有限公司、高分专项工程中心、中国社会科学院人口与劳动经济所、航天三院三部、黑龙江基础地理信息中心。

一、主要特点

（一）标准化——建立了高精度高保真DSM产品标准体系

利用资源三号卫星遥感影像数据，采用自主研发核心技术，基于多基线、多匹配特征的地形信息自动提取技术，实验性研制高精度、高保真的数字表面模型产品，建立标准化DSM产品指标体系、高保真DSM数据生产工艺流程，编写了DSM生产技术规程和质量检查标准。

（二）自动化——研发了国产卫星DSM产品快速自动化处理系统

开发了影像立体像对筛选模块、DSM生产处理系统、产品及元数据生成模块、质量评价模块等系列软件，实现了从原始数据分析、DSM生产到产品生成及评价全流程的自动化。

采用集群分布式网、CPU+GPU 多核并行处理等方式，充分利用单机GPU强大的并行处理能力，实现卫星立体像对高效密集匹配，使数字表面模型产品生产速度比在传统CPU上处理快10倍以上，实现准实时数字表面模型生产。

（三）无控化——提升无控DSM的全球定位精度及产品空间一致性

全国15米数字表面生产采用立体像对组成小区域自由网并生成无控数字表面模型（DSM），再以SRTM作为无控DSM数据的平面和高程参考，提升了无控DSM全球定位精度及产品空间一致性。全国15米数字表面模型数据是公开版，具有更大的推广使用价值。

（四）规模化——实现了全国DSM数据规模化生产

以1:100万图幅网格作为生产任务组织单元，便于大规模组织生产任务划分和产品增量更新，图幅接边简单，避免采用行政区划进行任务划分带来的图幅接边复杂的缺点。硬件包括支持GPU图形运算的工作站20台、高性能计算服务器（GPU节点）8台、磁盘阵列200TB以及大容量存储设备和高速网络环境。软件方面包括国产卫星DSM处理系统、影像覆盖分析系统、元数据生产软件及DSM分幅裁切工具等相关辅助软件。生产投入包括辅助软件开发、生产实验、技术方案设计、数据准备、数据生产、成果整理等。同时，全国15米DSM数据生产具有生产周期长的特点。

资源三号卫星立体像对为8 206个，影像覆盖面积927万平方公里。生产15M数字表面模型面积为877万平方公里，占我国陆地覆盖面积的92.41%。采用2014年6月以后立体像对对漏洞及未覆盖区域进行增量生产，增加影像面积达40万平方公里，补漏面积达30万平方公里。剩余未覆盖区域采用SRTM进行补漏，最终生产覆盖全国面积为960万平方公里的15米格网数字表面模型产品。

二、关键技术及创新点

（一）创研光学卫星大范围高精度高保真全国15米DSM数据产品

采用自主研发的快速处理平台和资源三号光学立体测绘卫星，组织开展全国15米数字表面模型生产，是一项非常有开拓性的工程。经对比，WorldDEM与项目生产的基于资源三号光学测绘卫星生产的15米（0.5秒）具有相近的分辨率、细节表达能力和精度水平。根据国家测绘产品质量检验测试中心的质量评价报告，该产品达到了无地面控制相对精度高程中误差优于9米的精度指标。

（二）突破立体像对自动筛选覆盖分析，实现对资源三号立体影像大范围生产数据的自动选取

针对卫星原始影像库增量更新、空间重复多次覆盖的特点，基于影像元数据，自动进行全国乃至全球大范围数字表面模型生产所需原始立体影像自动筛选，可以大大减少人工分析工作量及数据挑选的难度。

采用的技术方法是构建包含多时态多参数星下点空间网格索引模型，形成海量原始数据覆盖分析数据库；建立面向覆盖分析的神经元网络模型和覆盖策略神经元模型，形成影像优选覆盖决策模型；建立神经覆盖决策原理的学习训练样本，形成覆盖策略优选条件的知识库。按照时态范围、云量要求建立覆盖策略知识库方案，筛选出全国15米数字表面模型生产所需影像覆盖分析资源三号立体SC立体数据，完成了资源三号立体卫星覆盖范围大、影像质量优、前后正三线阵完整立体像对的全国影像覆盖分析。

（三）突破多角度多视的逐像元影像密集匹配，实现高保真数字表面模型数据生产

研制了高精度、高可靠性的通用多角度多视影像匹配模型。多基线立体匹配模型GC3放弃传统的基于像方空间的匹配策略，采用基于像-物空间关系的匹配策略，运用匹配由物方几何条件约束引导的多影像同时匹配的概念，通过同时匹配多景影像来直接获取特征的三维信息，提高算法的可靠性和精度。

考虑到国产三线阵卫星影像数据前视、正视、后视影像存在较大的分辨率差异，研发了多匹配基元多影像匹配方法，利用国产三线阵卫星影像自动生成成像区域的密集DSM点云。方法采用由粗到细的多级影像匹配策略，综合集成多种成熟的、性能互补的影像匹配算法，并在匹配算法的各个子模块之间进行质量控制，自动进行匹配粗差定位和剔除，以获取成像区域密集、精确和可靠的DSM数据，可自动生成密集DSM点云。

（四）基于3D最小二乘表面匹配模型的全球SRTM约束的点云三维定位，实现全球范围数字表面模型数据的全球绝对的空间定位

由于我国国产卫星自主定位精度相对于国外卫星数据仍存在明显差异，实现全球范围内无控制点条件下国产卫星数据的高精度测图对我国构建全球地理信息系统有着极其重要的作用。在完全无控制点的情况下，利用国内外已有数据资源辅助提高影像的定位精度，是常用的有效方法。项目提出了一种基于最小二乘数字表面匹配（LSM）技术的DSM数据定向技术，对参考三维数字表面模型和待匹配三维数字表面模型进行最小二乘匹配，可实现DSM数据转换到SRTM数据所在的CGCS2000/WGS84系统中，实现DSM数据的绝对定向和定位，用于无地面控制情况下提升全球定位精度及产品空间一致性，解决了全国或全球国产卫星数据的无控高精度测图空间参考问题。

（五）基于DSM的多分辨率地形特征提取和配准技术，实现了对DSM数据平面和高程误差的精度评定。

将多分辨率地形数据进行典型地形特征提取，并对地形特征进行配准，实现DSM平面和高程中误差相对精度评定。通过15米 DSM数据成果与SRTM之间保持地形特征的多分辨率转换，并进行地形特征提取和亚像素级匹配，在高精度匹配特征点的基础上，计算同名点间水平面x方向中误差、水平面y方向中误差、平均中误差及高程中误差，通过4个精度指标实现了DSM精度指标评定，解决了无地面控制高程数据精度评价问题。

三、项目产业化情况

2013—2015年，项目研制的国产卫星产品快速处理平台，结合国产三线阵卫星影像数据的实际情况，实现了高分辨率影像密集匹配和地形信息自动提取以及面向全球的无地面控制数字表面模型生产，在测绘、环保、国土、林业、交通、教育等多个领域39家单位得到了推广应用，销售近200套。

在测绘领域，DSM数据产品主要用于天地图地形数据更新、全球测图等工作，为天地图有限公司、国家基础地理信息中心和十几家省级测绘地理信息主管单位提供了DSM数据产品保障服务，累计使用面积达112.9万平方公里。同时，DSM数据产品以其高精度高保真的优势，在国土、农业、林业、环境保护、水利水电、交通以及国防等领域10余家单位进行了推广应用，累计使用面积达452万平方公里。截止2016年12月5日，项目为考古所、火箭军工程设计研究院、河南省遥感测绘院等18家单位提供ChinaDSM15米 DSM数据约534 087平方公里。截至目前，DSM数据成果累计使用面积达527万平方公里，技术支持服务收益600余万元。

四、推广应用前景

DSM作为地形数据基础数据源具有广泛的市场应用前景。如果把整个美丽的三维地球表面划分为两个部分，DSM（数字表面模型）是地球的骨架，DOM（数字正射影像）就是地球的皮肤。高精度DSM是城市变化扩张分析、大区域的地形变化监测、三维地形导航、精准地形分析等基础数据源，具有广泛的应用前景。立体测绘卫星具有更强的数据获取能力，高分辨率地形数据具备更强的地形表达能力，基于现代处理技术生成高精度高保真数字表面模型具有更加广泛的用途。它是高精度正射影像纠正所需的基础地形数据，可促进地形分析能力的显著提升。同时，卫星测绘应用中心还利用全国15米数字表面模型高分辨率及高保真优势，开展了裸眼三维立体图技术的全国三维晕渲立体图、全国60余个著名景点立体图制作，取得了良好的社会经济效益。

目前，市场上分辨率最高的数字表面模型数据WorldDEM分辨率为12米，与我国15米数字表面模型格网分辨率和精度相当。其基础核心产品WorldDEMCore报价为95元/平方公里，依此计算，全国15米数字表面模型产品市场价值达9亿元以上，可为我国节约数亿元外汇储备，作为基础地形数据的多行业应用价值可达100亿元以上。目前全国15米数字表面模型产品已经成为卫星测绘应用中心推广应用基础数据源之一。