教程：在 ArcGIS Reality for ArcGIS Pro 中使用卫星影像创建数字表面模型产品

在 Advanced 许可等级下可用。

在 ArcGIS Pro 中，可以对卫星影像进行摄影测量校正，以消除由平台和地形位移引起的几何变形。 在去除这些变形后，您可以生成 ArcGIS Reality for ArcGIS Pro 产品，包括数字表面模型 (DSM) 和 DSM 网格。 在本教程中，您将生成高分辨率的 DSM。

首先，您将设置实景映射工作空间来管理卫星影像集合。 接下来，您将执行区域网平差，然后使用地面控制点进行优化平差。 最后，您将生成 DSM。

ArcGIS Pro 可以处理来自许多传感器平台的卫星影像，前提是影像方向由有理多项式系数 (RPC) 模型或严格传感器模型进行描述。 该模型通常嵌入在图像文件中，或者作为单独的元数据文件包含在内。

创建实景映射工作空间

实景映射工作空间是专用于实景映射工作流的 ArcGIS Pro 子工程。 它是 ArcGIS Pro 工程文件夹中的容器，用于存储实景映射任务中单个影像集合的资源和派生文件。

本教程所提供的图像由 Maxar Technologies 收集和提供。 其中包括一对多光谱和全色图像、一个地面控制点表和一个 DEM。

1. 下载教程数据集并将其保存到 C:\sampledata\RM_satellite_tutorial 目录下。
2. 解压数据。
3. 在 ArcGIS Pro 中，使用 Map 模板创建一个工程，如有必要，请登录 ArcGIS Online 账户。
4. 在影像选项卡的实景映射组中，单击新建工作空间下拉菜单并选择新建工作空间。
5. 在工作空间配置页面上，输入工作空间的名称。
6. 确保工作空间类型选项设置为实景映射。
7. 从传感器数据类型下拉列表中，选择卫星。
8. 或者，从底图下拉列表中，选择一个底图作为图像集合的背景。
9. 或者，选中允许校正重置复选框，以便将工作空间恢复到先前的状态。
10. 单击下一步。

    

11. 在图像集合窗口的传感器类型下拉菜单下，选择通用 GeoEye-1。
12. 在包含图像的文件夹下，单击浏览按钮，并浏览到您计算机上的教程数据文件夹，选择影像文件夹 (GeoEye_NAD83_UTM10N)。
13. 在空间参考下，单击浏览按钮 。
14. 在空间参考窗口中的当前 XY 下，将空间参考设置为 NAD 83 UTM Zone 10N (WKID 26910)。
15. 在当前 Z 下，展开垂直坐标系，在重力相关下展开 World，选择 EGM96 大地水准面。
16. 单击确定关闭空间参考窗口，然后单击下一步。

    

17. 在数据加载器窗口中，在高程数据源下选择 DEM。 在 DEM 下，浏览到教程数据集提供的 DEM。

    注：

    该 DEM 将用于支持区域网平差过程。

18. 大部分高程数据使用正高，因此需要应用大地水准面校正。 在大地水准面校正下，确保选择 EGM96。
19. 在处理模板下，选择全色影像。
20. 展开高级选项。
21. 确保选中估计统计数据选项。
22. 展开预处理，选中计算统计数据旁边的复选框。

    这将显示计算统计数据选项。

23. 将要跳过的列数和要跳过的行数设置为 1。
24. 接受所有其他默认值，然后单击完成。

    

    创建完工作空间后，影像和影像覆盖区将显示在地图中。 在内容窗格中，还添加了一个类别 Reality Mapping，用于存储源影像数据和派生的实景映射产品。

    通过工作空间中影像的初始显示，可以确认是否已提供用于启动工作空间的所有影像和必要的元数据。 图像尚未对齐或平差，因此镶嵌几何可能不正确。

    将在 ArcGIS Pro 主菜单中添加一个新实景映射选项卡。 单击该选项卡将显示一系列工具和工作流，专门用于实景映射。 在产品类别中，由于尚未平差图像，因此所有按钮均不可用。

    

    卫星影像版权所有 © 2020 Maxar Technologies

移除 NoData

接下来，您将移除有效卫星影像周围的 NoData 区域。

1. 在主菜单中，单击分析选项卡，然后在地理处理组中单击工具。

   将出现地理处理窗格。

2. 在地理处理窗格搜索窗口中，键入构建轮廓线。

   构建轮廓线地理处理工具随即出现。

3. 对于镶嵌数据集，从下拉列表中选择图像集合。
4. 接受所有其他默认值，然后单击运行。

   完成后，将移除 NoData 区域，并相应更新图像覆盖区。

区域网平差

创建实景映射工作空间后，下一步是使用校正和优化组中的工具执行区域网平差。 区域网平差将首先计算连接点，它们是影像重叠区域中的公共点。 将使用连接点计算每个影像的方向，即摄影测量中的外部方向。

1. 在实景映射选项卡的平差组中，单击平差 。
2. 在校正窗口中的变换类型下，选择 RPC。 平差中将应用有理多项式系数 (RPC) 变换，该变换用于元数据中包含 RPC 信息的卫星影像。
3. 在校正窗口中，将粗差点阈值设置为 3。 残差大于此值的连接点将不会用于计算平差。 测量单位为像素。
4. 选中重新投影连接点旁边的复选框。

   这样可确保计算连接点的地图坐标。

5. 在校正窗格的连接点匹配中，确保参数设置与以下示例相匹配。

   

6. 单击运行以执行区域网平差。
7. 完成平差后，打开内容面板窗格中的 Tie Points 图层，以查看生成的连接点在地图上的分布情况。 您的连接点分布可能与以下示例有所不同。

   

8. 可以在日志文件中查看连接点残差或精度报告。 在实景映射选项卡上的查看组中，单击日志以访问日志文件。 连接点残差显示在标注 RMSE_Tie_Image(x,y) 的行中。 连接点 RSME 的单位为像素。

   您的残差可能与以下示例略有不同。

   

进行初始平差后，可以看到产品类别中现在有两个可用的按钮。 这些按钮突出显示了可以生成的影像产品。 在生成产品之前，将使用地面控制点来提高图像的绝对精度。

添加地面控制点

地面控制点 (GCP) 是具有已知 x,y,z 地面坐标的点。 通常情况下，它们是通过地面调查或现有数据获得的，并用于确保图像在地面坐标系中进行准确的地理参考。 可以在没有 GCP 的情况下应用区域网平差，并且仍然可以确保相对精度，但添加 GCP 可以提高经平差影像的绝对精度。 如果您没有来自地面调查的 GCP，但您具有地理配准栅格图层（栅格数据集、镶嵌数据集或影像服务），则可以将其添加为计算 GCP 的参考。

也可以导入从参考图层中选择并保存在文本文件中的 GCP，并将其用于提高平差精度。 在本教程中，您将使用此导入方法将 GCP 添加到工程中

导入 GCP

要导入 GCP，请完成以下步骤：

1. 在实景映射选项卡上的优化组中，单击管理 GCP，以打开 GCP 管理器。
2. 在 GCP 管理器窗口中，单击导入 GCP 按钮 。
3. 在导入 GCP 窗口中，浏览并选择 GCP 文件 (Vancouver_NAD83-UTM10N.csv)。 单击确定。
4. 在设置 GCP 空间参考下，单击浏览按钮 。 对于当前 XY，展开图层，然后选择 NAD 1983 UTM Zone 10N。 接受所有其他默认值，单击确定接受更改并关闭空间参考窗口。

   未设置当前 Z 或垂直坐标系 (VCS)，因为用于提取 GCP 高度值的数字高程模型未定义 Z 坐标系。 如果所用 DEM 具有定义的 VCS，则当前 Z (VCS) 将设置为匹配的坐标。

5. 对于地理变换，接受默认值。 不需要变换，因为 GCP 的水平空间参考和工作空间是相同的。
6. 确保字段映射正确。
7. 单击 GCP 照片位置下方的浏览按钮，浏览并选择包含 GCP 位置的图像的文件夹。 单击确定。
8. 对于照片文件扩展名，从下拉列表中选择 PNG。

   

9. 单击确定导入 GCP。

   导入 GCP 后，GCP 管理器中的表将被填充。

   

   默认情况下，在 GCP 管理器中，选择列表中的第一个 GCP，并在预览部分中显示 GCP 所在位置的图像预览。

10. 要为所选 GCP 添加连接点，单击预览部分的查看 GCP 照片按钮 ，以显示 GCP 影像芯片。 使用鼠标滚轮放大影像芯片，以查看由红色箭头指示的 GCP 位置。
11. 单击添加连接点按钮 ，在影像查看器中为每个图像添加一个连接点。 系统将尽可能通过影像匹配算法自动计算其他影像的连接点，但应检查每个连接点的精度。 如果未自动识别连接点，请通过在影像中选择适当的位置手动添加连接点。
12. 重复步骤 10 和 11，选择并添加剩余 GCP 的连接点。
13. 使用连接点对每个 GCP 进行测量后，选择点 PP_GCP02 并单击鼠标右键，将其更改为检测点。 由于其确切位置存在不确定性，因此在平差过程中不会使用此点。
14. 添加 GCP 和检测点后，必须再次运行平差以合并这些点。 单击平差。

    

查看平差结果

通过分析每个 GCP 的残差，可以在 GCP 管理器中查看平差质量结果。 残差表示点的测量位置和计算位置之间的差异。 它们以工程空间参考系统的单位进行测量。 完成 GCP 平差后，将在 GCP 管理器表中添加三个新字段（dX、dY 和 dZ），并显示每个 GCP 的残差。 可以使用这些值评估平差后的区域网和地图坐标系之间的拟合质量。 通过展开 GCP 管理器的残差概述部分来查看残差的均方根误差 (RMSE)。

平差报告中提供了其他平差统计数据。 要生成报告，请在实景映射选项卡下的检查组中，单击平差报告。

生成数字表面模型 (DSM)

完成区域网平差后，可以使用实景映射选项卡上产品组中的工具生成 2D 影像产品。 可以使用多个产品向导同时生成多个产品，也可以通过从产品组中选择适用的产品工具来单独生成各个产品。 可以从卫星传感器数据生成的产品类型包括 DSM 和 DSM 网格。 本教程中仅生成 DSM。

DSM 是一个包括树木、建筑物和其他地上要素高程的第一表面产品。

要使用 DSM 向导从卫星影像生成 DSM，请按照以下步骤进行操作。

1. 在实景映射选项卡中，单击产品组中的 DSM 按钮 ，以打开“实景映射”产品向导。
2. 单击共享高级设置，打开对话框，可在其中定义将影响要生成的实景映射产品的参数。

   将自动设置质量和方案值，不应进行更改，以确保性能和产品质量达到最佳。 如果想要生成分辨率降低的产品，则可以降低质量值。 有关不同质量设置对产品生成的影响的详细信息，请参阅共享高级设置。

3. 确保质量设置为 Ultra。
4. 接受像素大小默认值，以源影像分辨率生成 DSM。
5. 对于产品边界，接受默认设置，以处理整个工程区域。

   建议提供产品边界，原因如下：

   • 定义适当的输出范围 - 当未定义产品边界时，应用程序会根据可能与工程范围不匹配的各种数据集参数自动定义范围。
   • 减少处理时间 - 如果所需的产品范围小于图像集合范围，则定义产品边界会减少处理时间并自动将输出裁剪到边界范围。

6. 对于水体要素，从教程数据位置选择 SatTut_WaterBody.shp。
7. 对于处理文件夹，单击浏览按钮，导航到磁盘上的一个位置，该位置的可用存储空间至少为图像总大小的 10 倍。

   在这种情况下，建议可用存储空间至少为 40 GB。

   注：

   处理文件夹用于存储在 Reality 处理期间生成的临时文件。 建议处理文件夹位于具有大量可用存储空间的快速驱动器上。

8. 接受所有默认值，然后单击确定。

   高级产品设置对话框随即关闭，您将返回到实景映射产品向导中的产品生成设置窗格。

9. 单击下一步转至 DSM 设置窗格。 确保参数值与以下内容匹配：
   1. 输出类型 - 镶嵌
   2. 格式 - 云栅格格式
   3. 压缩 - 无
   4. 重采样 - 双线性
10. 单击完成开始产品生成过程。

    处理完成后，DSM 产品将添加到内容窗格、数据产品类别和 2D 地图视图中。 它还会添加到 Reality Mapping 容器的目录窗格和 DEMs 文件夹中。

    

注：

输出 DSM 的默认垂直坐标系 (VCS) 是 WGS84（椭圆体高度）。 如果需要将输出转换为不同的投影或坐标系，请使用投影工具。

在本教程中，您为卫星影像创建了实景映射工作空间，并使用实景映射选项卡上的工具对地面控制点应用了摄影测量平差。 然后，您使用实景映射 DSM向导生成了一个高分辨率 DSM。

本教程中使用的卫星影像由 Maxar Technologies 获取并提供。