无需地面控制信息的卫星影像精准对地定位是获取全球地理和资源环境信息,监测全球资源环境变化等的先决条件。在进行高分辨率光学卫星影像的高精度定位时,如果缺少控制点的约束,直接将影像初始RPC参数作为区域网平差参数会造成法方程矩阵的病态不收敛,精度分布的不稳定及误差的过度累积也会导致区域网的扭曲变形。多源高分辨率光学卫星影像的高精度无控制区域网平差为在无地面控制情况下,引入特定约束(距离、角度等)的卫星影像联合区域网平差处理。理论上有控制定位与无控制定位本质的区别在于有控制定位中使用的是外业实测控制点,精度高且一致性好;而大多数无控制定位中使用的是一种虚拟控制点,这些虚拟控制点的精度较低(含有不同程度的系统误差)且精度在测区中是不一致的,所以无控制定位是不等精度控制下的区域网平差定位,其误差传播规律更加复杂,粗差检测与定位难度较大。同时大量试验表明,在不同的点位上系统误差的大小和方向基本保持一致,但在覆盖同一区域的不同时相、较长时间间隔内成像的不同轨道影像中这些系统误差大小和方向是不同的,表现出一定的随机性,甚至可部分相互抵消。针对以上问题,本文在Google Earth影像、Landsat/ETM参考影像、SRTM数字高程数据、国家基础测绘数据等精度己知/精度可验证的参考地理数据的基础上,以我国自主研制的高分辨率光学卫星影像(资源三号、高分系列卫星等)为主要数据源,基于超多核计算机(云服务器)、高性能GPU/CPU集群计算机系统、高速存储传输网络的高性能计算平台,分析和研究不依赖于外业控制信息的高效、高精度、智能化的几何定位方法,实现多源国产卫星影像连接点及参考控制点的自动提取及立体和弱交会混合模式下大范围联合区域网平差处理,可以为快速生成高精度影像底图提供高精度的定向参数。具体研究内容如下:(1)高分辨率光学卫星影像无控制区域网平差方法—GISIBA将有理函数模型(RFM)作为区域网平差的基础方程,以“交替趋近法”和基于RFM的最小二乘平差为基础,提出一种易于并行化、高效的高分辨率光学卫星影像无控制区域网平差方法-GISIBA(GCP-Independent Satellite Imagery Block Adjustment)。一方面解决无控制区域网平差中不收敛导致的“秩亏”问题,改善区域网平差系统的法方程状态从而有利于区域网的稳定和快速收敛;另一方面充分利用覆盖同一成像区域的长时间序列立体卫星影像残余系统误差所表现出的随机性,可以进行完全不依赖于第三方地理空间数据和地面控制点的无控制区域网平差,便于从理论上分析卫星影像无控制区域网平差结果与数据的覆盖次数及时相之间的关系。(2)多源国产高分辨率卫星影像大规模联合区域网平差引入参考地理信息数据作为几何约束,实现立体/单景覆盖影像的超大规模联合区域网平差,并进行粗差自动检测与剔除,完成大规模法方程的解算,获得满足高精度影像产品生产制作需求的高精度的定向参数,有效解决实际生产中遇到的相邻区域平差结果接边等问题。(3)多源国产高分辨率卫星影像连接点及参考控制点高精度自动提取采用基于影像显著边缘的整体匹配策略,实现初始定位异常影像系统误差的快速消除,以基于物方的自适应高精度相关匹配算法(Image-Reshaping过程)为基础,采用由粗到精的多层金字塔逐级影像匹配策略,并在匹配策略中引入定向质量控制,动态改正由地形起伏引起的影像几何畸变,实现影像连接点和参考控制点的自动提取。(4)多核CPU/GPU集群分布式架构下的影像精确定位算法并行计算为保证连接点与参考控制点自动提取及区域网平差的效率,使用基于OMP并行的方式实现以点特征提取和匹配为“并行粒度”的多进程并行化,实现高速局域网络的多核CPU/GPU集群分布式架构下的影像精确定位算法并行计算。最后以已有的分布式并行构架及作者及所在团队研发的高分辨率卫星影像测图软件系统—PixelGrid-GlobalMapping为基础,选择典型实验区,开展资源三号、高分一号等国产高分辨率光学卫星影像大规模区域网平差实验,对本研究方法的平差精度进行分析,验证方法的有效性与普适性。本文提出的方法可以广泛应用于困难地区和境外地区大区域卫星影像高精度无控制几何定位。软件系统在2016、2017全球测图试生产中得到实际应用和改进,为全球地理信息资源建设工程、国产光学卫星影像高精度影像产品生产提供了技术保障。