汪連賀，柯 灝

（1.天津海事測(cè)繪中心 天津市 300222；2.武漢大學(xué)中國(guó)南極測(cè)繪研究中心 武漢市 430079）

海圖地形信息修測(cè)是海洋測(cè)繪的常規(guī)任務(wù)，采用常規(guī)測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)海圖測(cè)量存在很多問(wèn)題，比如效率低、人力物力投入大、現(xiàn)勢(shì)性無(wú)法保證等。特別是針對(duì)那些船只無(wú)法到達(dá)或者有爭(zhēng)議的海域，無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，嚴(yán)重影響了海圖的現(xiàn)勢(shì)性。衛(wèi)星遙感技術(shù)不受地域限制，快速、高效、復(fù)測(cè)頻率高，可以比較及時(shí)地獲取地形信息。本文提出一個(gè)自動(dòng)下載拼接生成衛(wèi)星影像圖，并且基于該衛(wèi)星影像圖，進(jìn)行海圖地形和DEM等高線數(shù)據(jù)數(shù)字化提取，提取結(jié)果導(dǎo)出到其他GIS系統(tǒng)中的技術(shù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思想

系統(tǒng)軟件功能的主要設(shè)計(jì)思想為：影像圖下載、拼接和輸出，數(shù)字化，數(shù)字化結(jié)果以不同的格式導(dǎo)出，供其他GIS軟件使用。

影像圖下載、拼接和輸出：下載過(guò)程中對(duì)區(qū)域中各部分不同圖像分辨率的情況，先進(jìn)行統(tǒng)一圖像分辨率的處理，然后再進(jìn)行圖像的拼接，最后，對(duì)拼接后的圖像以GeoTIFF的文件格式輸出，便于其他GIS系統(tǒng)使用。

道路自動(dòng)拼接算法：對(duì)于被截?cái)嗟墓铝⒕植康缆芬?，自?dòng)拼接到一起，成為一個(gè)要素，減少導(dǎo)出時(shí)道路要素的數(shù)量。圖1為影像圖生成與矢量化流程圖。

圖1 影像圖生成與矢量化流程圖

1.2 功能設(shè)計(jì)

（1）影像圖下載：根據(jù)圖紙精度要求，下載相應(yīng)級(jí)別的影像圖；（2）影圖像處理：將下載的影像圖進(jìn)行拼接和幾何配準(zhǔn)。（3） 圖像圖形疊加顯示：將影像圖數(shù)據(jù)和現(xiàn)有的矢量成果數(shù)據(jù)疊加顯示，作為數(shù)字化的基礎(chǔ)背景資料。（4） 圖像數(shù)字化：提供人工道路描繪等數(shù)字化軟件功能，得到矢量化新圖層數(shù)據(jù)。（5）圖形與屬性編輯：可對(duì)數(shù)字化的圖層數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形編輯和屬性編輯輸入。（6）特征碼匹配：根據(jù)提供的規(guī)則，對(duì)要素特征碼進(jìn)行匹配。（7） 圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)出：將制作好的矢量數(shù)據(jù)，按照規(guī)定的格式進(jìn)行輸出。（8）DEM影像圖下載與拼接校正處理：DEM影像圖下載與拼接校正處理。（9）DEM等高線自動(dòng)提?。篋EM等高線自動(dòng)提取。（10）等高線修正編輯：等高線矢量數(shù)據(jù)的修正編輯。（11）特征碼匹配和文件導(dǎo)出：將制作好的等高線數(shù)據(jù)，按照規(guī)定的格式進(jìn)行輸出。（12）投影轉(zhuǎn)換：經(jīng)緯度坐標(biāo)與墨卡托投影的正算、反算，經(jīng)緯度坐標(biāo)與高斯投影的正算、反算。

2 影像圖生成與數(shù)字化

影像圖生成與數(shù)字化主要分以下步驟實(shí)現(xiàn)：區(qū)域劃分、影像圖自動(dòng)日期判斷、影像圖下載、新舊影像圖對(duì)比、圖像糾偏、圖像合成，矢量數(shù)據(jù)提取、人工校驗(yàn)、編輯與導(dǎo)出。

2.1 影像圖生成

2.1.1 區(qū)域劃分

以北方海區(qū)為例，把近海范圍劃分成若干個(gè)小的區(qū)域，小區(qū)域的范圍和一定級(jí)別的影像圖的范圍一致。劃分區(qū)域主要是為了計(jì)算和比較影像圖是否更新（圖2）。

圖2 選擇影像圖下載區(qū)域與精度

2.1.2 影像圖日期判斷

利用軟件來(lái)判斷北方海區(qū)各小區(qū)域影像圖的日期，如果日期發(fā)生了變更，就利用下載工具把圖片重新下載。

2.1.3 圖像對(duì)比

利用圖像處理程序?qū)γ總€(gè)小區(qū)域的新下載的圖片和原來(lái)此區(qū)域的圖片進(jìn)行對(duì)比，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)區(qū)域新圖像和老的圖片不一致，把新下載的圖片作為待矢量化的數(shù)據(jù)來(lái)源。

2.1.4 圖像配準(zhǔn)校正

例如，于干燥、低溫或者風(fēng)沙較大的環(huán)境下，沒(méi)牛羊患疥癬類寄生蟲病的可能性會(huì)大幅度提升，這時(shí)由于此類氣候環(huán)境有利于疥癬病原體的生長(zhǎng)和傳播，牛羊在感染此類寄生蟲以后，會(huì)出現(xiàn)全身奇癢、皮膚變厚且逐漸粗糙化、機(jī)體消瘦及脫毛情況嚴(yán)重等癥狀。同時(shí)，此類寄生蟲會(huì)長(zhǎng)時(shí)間的存在于牛羊的體外表層，吸取牛羊機(jī)體的營(yíng)養(yǎng)，致使患病機(jī)體日益虛弱化，最終因免疫力極具降低而死亡。想要提升牛羊寄生蟲病的預(yù)防及控制質(zhì)量，我們需要注重對(duì)影響各種牛羊寄生蟲的生長(zhǎng)及繁殖條件的因素及其與寄主間存在的關(guān)系加以充分的了解和分析，同時(shí)，也需要對(duì)寄生蟲的生長(zhǎng)及傳播條件等進(jìn)行有效掌握和科學(xué)控制。

根據(jù)控制點(diǎn)利用MapInfo對(duì)所下載范圍內(nèi)的影像圖進(jìn)行配準(zhǔn)和校正，其中控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)來(lái)源為海測(cè)大隊(duì)所提供的實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)。選取控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)保證數(shù)個(gè)控制點(diǎn)平均分布在每個(gè)小區(qū)域中，若出于配準(zhǔn)精度的需要，則根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)資料，尋找其他若干控制點(diǎn)，對(duì)影像圖進(jìn)行進(jìn)一步校正，以達(dá)到最佳效果。

2.1.5 生成影像圖

利用圖像處理軟件，生成高精度的影像圖，保存為GeoTIF文件格式，便于導(dǎo)入到Caris等GIS系統(tǒng)中。

2.2 影像圖矢量化

2.2.1 要素?cái)?shù)字化

利用軟件人工對(duì)影像圖進(jìn)行矢量化，對(duì)點(diǎn)、線、面等數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)提取。提取過(guò)程中除了已經(jīng)制作好的影像圖，同時(shí)還需要其他相關(guān)地名庫(kù)數(shù)據(jù)和接邊的基礎(chǔ)海圖底圖的支持（如圖3所示）。

圖3 影像圖矢量化界面

2.2.2 人工校驗(yàn)

2.2.3 矢量要素編輯與合成

對(duì)提取無(wú)誤的矢量數(shù)據(jù)利用本系統(tǒng)軟件進(jìn)行要素編輯和合成工作，要素編輯主要是進(jìn)行屬性關(guān)聯(lián)，對(duì)一級(jí)道路、二級(jí)道路等要素進(jìn)行特征碼賦值并命名。

各個(gè)圖層的要素編輯完成后，利用軟件對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行合成處理。

2.2.4 矢量文件導(dǎo)出

從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和影像圖數(shù)字化的數(shù)據(jù)中將線狀數(shù)據(jù)和點(diǎn)狀要素?cái)?shù)據(jù)導(dǎo)出，支持多種GIS格式，如：shp、kml、tab、dxf和ASCⅡ等其他文件類型。

2.2.5 投影轉(zhuǎn)換

經(jīng)緯度坐標(biāo)與墨卡托投影的正算、反算，可輸入基準(zhǔn)緯度等參數(shù)，包括單點(diǎn)計(jì)算和文件導(dǎo)入批量計(jì)算，經(jīng)緯度坐標(biāo)與高斯投影的正算、反算，可輸入中央經(jīng)線和大地基準(zhǔn)面等參數(shù)，包括單點(diǎn)計(jì)算和文件導(dǎo)入批量計(jì)算。

3 精度測(cè)試

3.1 測(cè)試數(shù)據(jù)

（1）區(qū)域選取：選取天津塘沽地區(qū)從東疆港到臨港的近海和離岸10多公里的開發(fā)區(qū)街道范圍，另外也選取大連普蘭店局部地區(qū)，作為小的區(qū)域測(cè)試用例。

（2）影像圖日期判斷及下載，影像圖的拍攝日期為2011年底。

（3）岸線對(duì)比：將下載的遙感影像圖與現(xiàn)有的實(shí)測(cè)岸線矢量信息進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)二者道路信息基本相重，相差1 m。（圖4）

（4）街道對(duì)比：將利用高精度測(cè)量?jī)x在天津開發(fā)區(qū)街道實(shí)測(cè)的90個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)與遙感影像圖疊加比較（圖5），精度誤差為1 m（部分點(diǎn)偏差較大，經(jīng)核實(shí)是因?yàn)闇y(cè)量點(diǎn)沒(méi)有緊鄰路邊），如表1；

圖4 實(shí)測(cè)岸線數(shù)據(jù)與影像圖的疊加

圖5 天津港實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與遙感影像圖疊加比較

表1 天津港遙感影像數(shù)字化坐標(biāo)與實(shí)測(cè)坐標(biāo)誤差統(tǒng)計(jì)

（5）使用普蘭店地區(qū)大隊(duì)實(shí)測(cè)碼頭、岸線數(shù)據(jù)和影像圖數(shù)字化得到的成果數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，整體重合度較高。從岸線拐點(diǎn)中均勻分布地選取15個(gè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較（圖6），結(jié)果發(fā)現(xiàn)誤差在2 m以內(nèi)，精度較高，如表2。

圖6 普蘭店實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與遙感影像圖疊加比較

表2 普蘭店遙感影像數(shù)字化坐標(biāo)與實(shí)測(cè)坐標(biāo)誤差統(tǒng)計(jì)

3.2 測(cè)試結(jié)論

下載的衛(wèi)星影像圖經(jīng)配準(zhǔn)校正后，與大隊(duì)實(shí)測(cè)矢量數(shù)據(jù)疊加效果很好，基本誤差精度在0～1.5 m之間，個(gè)別點(diǎn)誤差精度在1.5～2 m之間。

4 結(jié)論

（1）系統(tǒng)提供了一種利用遙感影像獲取矢量數(shù)據(jù)的方法，根據(jù)規(guī)范精度要求，該方法可以達(dá)到制作小比例尺海圖的要求。海事局海圖的岸線、碼頭等關(guān)鍵要素需要進(jìn)行實(shí)測(cè)，該方法可以用于采集海圖內(nèi)陸地形數(shù)據(jù)；

（2）對(duì)于空白海圖資料地區(qū)或者現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)有難度的地區(qū)尤其是人無(wú)法到達(dá)區(qū)域提供了一種快速取得矢量數(shù)據(jù)的途徑，對(duì)于加速海圖的更新周期具有一定的促進(jìn)作用；

（3）該系統(tǒng)可以為測(cè)量港口前進(jìn)行地理調(diào)查提供參考；

（4）本系統(tǒng)成果在判別堤岸線類別和零米線時(shí)較為困難。

[1]莫平浩，胡茂林.利用GoogleEarth制作衛(wèi)星影像圖[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2008（2）：29.

[2]張魯剛，孫會(huì)超，侯冰，等.利用谷歌衛(wèi)星影像圖制作一定精度地形圖的方法[J].城市建設(shè)理論研究，2011（13）：131.

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