3. Istanbul 2004 
POTENTIAL OF ERS-1 DERIVED ORTHOMETRIC HEIGHTS TO GENERATE 
GROUND CONTROL POINTS FOR ABSOLUTE ORIENTATION OF IMAGERY AND 
DEM QUALITY EVALUATION 
mari 5 zt es PA aM. ; . : 
M. Bernard‘ , F. Boucher ” , A. Cazenave * , F. Celeste ? , G. Cozian ™* , O. Pace ©. F. Remy ^ 
Jil : a SPOT IMAGE, 31030 Toulouse cedex 4, France — (marc.bernard@spotimage. fr) 
DGA, Centre Technique d'Arcueil, 94114 Arcueil cedex, France — (francois.boucher, francis.celeste, 
gildas.cozian(@dga.defense.gouv.fr) 
* GRGS/LEGOS, 31401 Toulouse cedex 9, France — (anny.cazenave, frederique.remy)@cnes.fr) 
WG III/1 (sensor pose estimation) 
KEY WORDS: Geodesy, Photogrammetry, Orientation, DEM/DTM, Error, Accuracy 
ABSTRACT: 
Though the ERS satellites are today out of service, the huge quantity of altimetric data collected during the so-called *geodetic 
missions" covers the globe with sufficient density for many mapping projects. This paper first describes the general principle of ERS 
altimetric measurement . Then, the paper shows the method adopted to take advantage of ERS high-energy measurements (specular), 
which come usually from water bodies (rivers, lakes,...). ERS heights are processed along with a middle-scale vector data base, 
through a software which attempts to associate specular measurements with a cartographic item. As a result, we get a list of exact 
altitudes, applying to water bodies easily visible on SPOT imagery. In the next section, the research and production works to extract 
very accurate altitude values over flat areas (10 km wide) are detailed. The method to select the relevant ERS measurements is 
explained. The validation stage, using test sites distributed all over the world, showed a 2 to 5m height accuracy, adequate enough to 
control a global height database, and as a valuable input into image block-adjustment process . Finally, this paper will focus on the 
quantitative evaluation of ERS altimeter accuracy relatively to terrain height and slope variations within the whole impact area of 
the altimeter radio pulse contributing to the return signal ; we show that, after correcting several systematic errors through an 
original simulation method, developed by GRGS, absolute vertical accuracy better than 10 meters is kept available with ERS 
altimeter data in moderately rough terrain areas without any ground geodetic infrastructure. 
RESUME : 
Bien que les satellites ERS ne soient plus aujourd'hui en service, l'énorme quantité de données altimétriques collectées durant la 
mission géodésique couvre le globe avec une densité suffisante pour de nombreuses applications cartographiques. Cet article décrit 
d'abord le principe général de la mesure altimétrique radar avec les données ERS disponibles. Dans le paragraphe suivant, l'article 
décrit la méthode adoptée pour tirer parti des mesures ERS d'énergie élevée (spéculaires), provenant généralement des zones d'eau 
libre (fleuves, lacs ...). Les hauteurs ERS sont combinées à une base de données d'échelle moyenne, à l'aide d'un algorithme qui a 
pour but d'associer les mesures spéculaires avec des éléments cartographiés. On en déduit une liste d'altitudes exactes, pour des 
zones d'eau facilement détectables sur des images SPOT. Sont ensuite détaillés les travaux de recherche et de production qui ont 
conduit à l'extraction d'altitudes trés précises sur des zones plates (s'étendant sur 10 km). On explique la méthode mise en œuvre 
pour sélectionner les mesures ERS adéquates. La phase de validation, utilisant des sites de test répartis dans le monde entier, a 
démontré une précision altimétrique de 2 à 5 m, satisfaisante pour contrôler une base mondiale de données altimétriques, et pour être 
utilisée dans la compensation de blocs d’images. Enfin, cet article se concentre sur l’évaluation quantitative de la précison de 
Paltimétre ERS en fonction des variations d’altitude et de pente à l’intérieur de l’ensemble de la zone impactée par l'impulsion radar 
contribuant au signal renvoyé : on montre que, aprés correction de différentes erreurs systématiques à l’aide d’une méthode originale 
de simulation, développée par le GRGS, une précision verticale absolue meilleure que 10 mètres est obtenue avec les données 
altimétriques ERS dans des zones de relief modéré sans aucune infrastructure géodésique. 
re are 86 1. INTRODUCTION After presenting the general principles of ERS altimeter 
ively. measurement and the available ERS altimetric data we will 
The huge quantity of altimetric data collected by ERS satellite describe the specific operational methods developed and 
‚during its geodetic missions in 1994 and 1995 can provide validated to extract elevation data in flat areas and on water 
under certain conditions ground altitudes with enough accuracy bodies which both give ideal conditions for accurate 
to be used in quality control of global height database and as measurement. But, these ideal conditions are met only for a 
elevation control points in the block-adjustment of space small minority of the total data, that is why we have 
imagery. This is particularly interesting when to avoid costly concentrated our work on the feasibility of extending the 
ground operations in some areas difficult to access and when exploitation of ERS altimeter data on moderately rough terrain. 
the mapping project covers very large areas like whole 
con ents.