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        基于資源三號衛(wèi)星融合影像的地形圖修測技術

        2014-03-27 09:03:10林亞斌賈永紅劉亞男白建榮
        地理空間信息 2014年3期
        關鍵詞:全色水體衛(wèi)星

        林亞斌,賈永紅,于 寧,劉亞男,白建榮

        (1. 云南省航測遙感信息院,云南 昆明 650034;2.武漢大學 遙感信息工程學院,湖北 武漢 430079;3.甘肅省地圖院 ,甘肅 蘭州 730050)

        1∶5萬數(shù)字地形數(shù)據(jù)庫是國家基礎地理空間數(shù)據(jù)庫核心組成部分,是應用最廣的基礎地理空間數(shù)據(jù)庫[1,2]。為保持其地圖數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性和數(shù)據(jù)精度,我國1∶5萬基礎地理信息數(shù)據(jù)庫更新周期將縮短為1 a,每年對2012版國家1∶5 萬地形數(shù)據(jù)庫的重點要素進行動態(tài)更新,其現(xiàn)勢性能夠更加全面、準確地反映地表自然和人文地理要素的空間分布、特征及其相互關系,能更好地服務于經(jīng)濟社會發(fā)展對地理信息資源現(xiàn)勢性的要求[3]。2012年1月9日,我國首顆高精度民用立體測繪衛(wèi)星——資源三號衛(wèi)星在山西太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功,它配置了三線陣全色相機和多光譜相機,3臺全色相機按照前視、正視、后視的方式形成同軌三鏡頭拍攝,可以得到地面的三維立體信息[4]。為充分發(fā)揮我國第一顆民用高分辨率立體測繪衛(wèi)星影像的作用,利用該衛(wèi)星影像直接進行地形圖修測減少工作量,降低成本,縮短成圖周期和提高地圖更新速度,設計了基于資源三號衛(wèi)星融合影像修測1∶5萬地形圖的方案,進行了1∶5萬地形圖修測試驗,為資源三號衛(wèi)星影像用于地圖修測提供一套切實可行的解決方案。

        1 資源三號衛(wèi)星影像修測地圖技術

        根據(jù)資源三號測繪衛(wèi)星影像特點,設計的1∶5萬、1∶2.5萬地形圖修測方案如圖1所示。在對測區(qū)資料收集、整理的基礎上,按圖1設計方案首先對資源三號衛(wèi)星影像進行輻射校正、幾何校正[5];其次對資源三號全色影像和多光譜影像進行配準、融合,獲得融合影像;然后利用修測軟件Mapstore將融合影像和矢量圖配準疊加,采用人機互交的方式對變化居民地、道路、水系等要素進行修測,最后對修測的地形圖進行外業(yè)檢核、質量檢查、效果評定等。

        圖1 地形圖修測方案示意圖

        獲取遙感正射融合影像的過程主要包括地面控制點(簡稱GCP)的選取、全色波段衛(wèi)星影像正射糾正、多光譜影像數(shù)據(jù)配準、影像融合、影像增強與調色、多景影像的鑲嵌等6個方面, 如圖2所示。其中多光譜影像數(shù)據(jù)配準是利用已經(jīng)糾正的全色影像對多光譜影像進行幾何糾正和重采樣,這里采用基于改進的SIFT特征匹配算法快速實現(xiàn)高精度影像配準[6]。

        資源三號全色影像與多光譜影像融合采用Pansharpening融合方法,它是一種基于統(tǒng)計的自動融合方法,在融合過程中考慮了傳感器成像特性,對同源影像融合效果好[7]。

        圖2 正射融合影像制作的流程圖

        2 地形圖修測試驗與分析

        地形圖修測試驗數(shù)據(jù)為2012-02-01獲取的覆蓋甘肅省金昌市市區(qū)的資源三號衛(wèi)星全色和多光譜影像,按照設計方案首先對影像進行輻射、幾何處理,并進行了配準、融合。然后,采用Mapstore軟件將其與DLG數(shù)據(jù)進行疊加、套合,以融合影像為底圖,對居民地、水系、道路等要素進行修測,最后對修測結果進行了評價。

        2.1 居民地的修測

        對于居民地而言,通過修測來正確表示居民地的位置、居民地分布形式、居民地的類型以及居民地與其他要素之間的關系。在1∶5萬地形圖的表示中,居民地可分為3種形態(tài):街區(qū)式、散列面狀式和散列點狀式。修測居民區(qū)時候可以刪除原有地圖的房屋暈線,讓壓蓋在居民地符號下的影像更為清楚。 然后根據(jù)影像提供的信息對原有的居民地符號進行編輯、刪除或添加。在地形圖修測過程中對于邊界清楚的規(guī)則的街區(qū)式居民地,在影像上可以清楚地看到邊角,采用3點畫矩形的方法即可完成修測。影像清晰度不高時,要根據(jù)影像紋理認真判定,以便精確地確定居民地類別和大小。如圖3所示為修測的居民地表示。

        圖3 居民地修測圖

        對被云霧遮擋的建筑物,無法直接判讀建筑物的邊界,則需要實地采集建筑物的邊界線數(shù)據(jù),然后完成修測。

        2.2 道路的修測

        在城鎮(zhèn)化進程中,道路建設發(fā)展迅猛。保持道路信息現(xiàn)勢性,首先要有新的道路信息。新的道路信息包括新增加道路的相關信息、道路的等級變更及路段的改變或廢棄等。清晰的影像是進行正確判讀的必要條件,圖4中對于新增的道路信息,在數(shù)字影像上對其進行提取后導入數(shù)字地圖中即可完成更新。對于居民地內(nèi)部的道路,對影像上其邊界線的判讀比較困難時,需進行外業(yè)實地調繪、實測來更新。道路等級提高時,僅需修改其屬性及拓撲關系,這與增加信息時使用的方法類似。

        圖4 邊界線清楚的道路及其修測圖

        2.3 水體的修測

        水體包括自然水體和人工水體。前者如河流、湖泊等;后者有池塘、人工湖等。在一般情況下,水體的水涯線在進行修測時,對比相關水位資料,若水位變化不大,則直接按照遙感影像上的水位測定,如圖5。若水位與常水位相差較大(如枯水期、豐水期等就會有較大的變化),則要根據(jù)歷年的資料,結合實際情況以常水位作為水體的水涯線。

        完成地形圖要素修測后,必須進行精度檢查,以便分析其質量是否達到相應的精度要求。這里對地形圖修測結果的質量檢查主要包括幾何精度(位置精度)和屬性2個方面。

        為了科學評定修測精度,在試驗區(qū)1∶5萬修測圖上選取了分布均勻的30個檢查點用于精度評定,通過比較修測圖上檢查點的坐標和DLG圖上同名點的坐標,經(jīng)統(tǒng)計分析得到:

        從平面幾何精度上來看,修測成果已經(jīng)達到了1∶5萬地形圖精度要求,資源三號衛(wèi)星影像可以用于1∶5萬地形圖修測。

        圖5 水涯線清楚的水體示意圖

        3 結 語

        本文設計的基于資源三號衛(wèi)星融合影像1∶5萬地形圖修測試驗方案是合理的,采用Mapstore軟件修測1∶5萬地形圖幾何精度滿足要求,資源三號衛(wèi)星融合影像對各種地理要素解譯性好,表明資源三號衛(wèi)星融合影像能用于1∶5萬比例尺地形圖修測,并提供了一套1∶5萬比例尺地形圖修測途徑。

        [1]隋玉川,師飛.淺談遙感影像在地形圖修測方面的應用[J].測繪與空間地理信息. 2010,33(1):14-16

        [2]劉云峰.利用遙感影像更新1∶5萬核心矢量地形數(shù)據(jù)技術方案及問題探討[J].測繪通報,2003,32(11):26-28

        [3]簡燦,阮紅利. 利用高分辨率的遙感衛(wèi)星影像更新1∶1萬比例尺數(shù)字地形圖的研究[J]. 福建師范大學學報:自然科學版,2007,23(3):10-13

        [4]劉永波,張振洲,黃會永. Google Earth在地形圖修測中的應用[J].地球,2013 (2):121-123

        [5]孫承志,唐新民. 我國第一顆民用立體測繪衛(wèi)星——資源三號及其應用[J].中國航天,2009,23(9):3-5

        [6]張謙, 賈永紅, 胡忠文. 多源遙感影像配準中的SIFT特征匹配改進[J]. 武漢大學學報:信息科學版,2013,38(4):455-459

        [7]賈永紅,祝夢花,刁永洲,等. 資源三號衛(wèi)星融合數(shù)據(jù)的核線影像生成[J]. 應用科學學報,2013,32(1):10-15

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