張亞亞，馬小計，2，周 亦，2

(1. 北京中色地科測繪有限公司，北京 101300； 2. 北京中色測繪院有限公司，北京 100012)

近年來，我國相繼發(fā)射了天繪一號、資源一號02C、資源三號、高分一號、高分二號等多顆高分辨率衛(wèi)星，遙感技術有了快速發(fā)展。但在進行全國范圍內各類資源調查、監(jiān)測時，由于該類工程通常監(jiān)測時間短、范圍大，受調查監(jiān)測精度、衛(wèi)星接收能力、天氣因素及經費等因素的影響，在實際調查、監(jiān)測工作中，單一數(shù)據(jù)源幾乎不可能完成全覆蓋調查監(jiān)測區(qū)；甚至在某些要求了具體的監(jiān)測區(qū)域、監(jiān)測時間段及監(jiān)測精度時，可能需要幾種甚至十幾種數(shù)據(jù)源才能完全覆蓋項目區(qū)。這就不僅需要一套單一數(shù)據(jù)源DOM批量快速制作方案，還需針對多源高分辨率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)特點，提供一套有效銜接、覆蓋調查區(qū)域的“一張圖”批量快速制作方法。

本文以2018年全國土地利用變更調查監(jiān)測與核查遙感監(jiān)測項目為依托，針對該項目數(shù)據(jù)源多而雜、數(shù)據(jù)量大、工期緊、任務重的特點，利用Pixel Engine軟件提供的“RS+GIS+Photoshop”處理算法，以縣級行政轄區(qū)為單位，對多源高分辨率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，進行DOM批量快速制作方法研究；從制作速度和DOM精度兩個方面，與人工處理方法進行對比，確定該方法的適應性；結合其他常規(guī)方法，旨在尋求一種高效的多源高分辨率DOM批量快速制作方法模型，以期為正在如火如荼開展的第三次全國國土調查、年度變更調查、全天候遙感監(jiān)測及其他工期緊、任務重的大型工程項目提供一種快速、有效的解決方案。

1 研究區(qū)及研究數(shù)據(jù)情況

研究區(qū)選擇廣西壯族自治區(qū)北海市銀海區(qū)。研究區(qū)地勢總體是北高南低，西、北部為基巖隆起區(qū)，在地形上大致構成一個以北為高點，逐漸向南緩傾斜的扇形濱海平原，海拔為8～40 m。

本試驗平面控制資料采用2017年土地利用變更調查遙感監(jiān)測成果，數(shù)據(jù)源以Pleiades-1(分辨率為0.5 m)為主，局部地區(qū)為SPOT6(分辨率為1 m)，彩色融合數(shù)據(jù)；高程控制資料采用ASTGTM 30 m的高程數(shù)據(jù)，坐標系統(tǒng)為CGCS2000，格式為IMG。受0.5 m計劃數(shù)據(jù)源接收狀況不佳的影響，根據(jù)遙感監(jiān)測項目的數(shù)據(jù)源使用原則：優(yōu)先使用分辨率高、無云、影像質量好的影像，研究區(qū)最終選用的原始數(shù)據(jù)涉及6種數(shù)據(jù)源、10景數(shù)據(jù)，具體為：1景Pleiades(0.5 m全色+2 m多光譜，下同)、1景GJ1(0.5 m+2 m)、1景GF2(0.8 m+3.2 m)、4景DEIMOS(1 m+4 m)、2景WorldView-2(0.5 m+2 m)、1景YG8(5 m全色，用于補縫)。原始數(shù)據(jù)覆蓋情況如圖1所示。

2 研究方法

2.1 研究路線

試驗利用2018年覆蓋本試驗區(qū)的最新遙感數(shù)據(jù)，以2017年土地利用變更調查遙感監(jiān)測影像成果、高程數(shù)據(jù)等控制資料為基礎，采用Pixel Engine軟件提供的“RS+GIS+Photoshop”算法，首先針對不同的數(shù)據(jù)源特點，采用適宜的數(shù)據(jù)處理流程，批量快速進行單景DOM制作，其中，GJ1、GF2采用先配準融合后正射糾正的處理方法，Pleiades、WorldView-2、DEIMOS采用先融合后正射糾正的處理方法，YG8直接進行正射糾正；然后以縣區(qū)為單位，對正射糾正后的單景數(shù)據(jù)進行鑲嵌、色彩調整、裁切，制作縣級轄區(qū)DOM[1-8]；最后從處理速度和處理精度兩個方面，將批量自動處理制作的DOM與人工處理制作的DOM進行對比分析。圖2為研究路線圖。

2.2 研究方法

2.2.1 制作單景DOM

不同遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)具有不同的特性，主要包括：原始衛(wèi)星數(shù)據(jù)是否包括全色和多光譜數(shù)據(jù)、是否同源同步獲取、匹配精度是否滿足要求，提供的單景數(shù)據(jù)是整塊數(shù)據(jù)還是分塊存儲數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式是否為常規(guī)遙感處理軟件可直接處理的TIFF格式，是否提供了RPC參數(shù)文件、RPC精度是否滿足要求，原始數(shù)據(jù)是否為帶坐標數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)類型等。

本文針對試驗區(qū)各遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)特點，在通用的“配準、融合、波段組合、正射糾正”的單景DOM制作流程基礎上，為各類數(shù)據(jù)源制定了適宜、優(yōu)化的處理流程，GJ1、GF2為配準融合+波段組合+轉8位+正射糾正；Pleiades為數(shù)據(jù)格式轉換+轉8位+融合+波段組合+正射糾正；WorldView-2、DEIMOS為融合+波段組合+轉8位+正射糾正；YG8為轉8位+正射糾正。

利用“RS+GIS+Photoshop”算法中的影像糾正、融合真彩及SPOT類型數(shù)據(jù)預處理等工具，按照以上各類數(shù)據(jù)處理流程，批量進行單景DOM制作。也可利用該算法的流程化工具分別載入，基準影像：銀海區(qū)2017年土地利用變更調查遙感監(jiān)測影像成果，DEM數(shù)據(jù)：銀海區(qū)高程數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)：2018年覆蓋本試驗區(qū)的最新遙感數(shù)據(jù)，并通過設置平差參數(shù)、連接點參數(shù)、正射參數(shù)、融合參數(shù)、真彩參數(shù)等，全流程自動批量制作單景DOM。

由于YG8原始數(shù)據(jù)具有WGS-84坐標，且RPC參數(shù)精度低，利用該方法進行正射糾正，結果無法滿足DOM相對精度指標要求，因此對該景數(shù)據(jù)采用常規(guī)的遙感數(shù)據(jù)處理軟件Erdas+國產資源衛(wèi)星影像自動校正軟件進行了處理：首先利用Erdas或Pixel Engine軟件進行降位處理；然后利用Erdas軟件，根據(jù)影像RPC參數(shù)進行影像粗校正；最后利用國產資源衛(wèi)星影像自動校正軟件進行自動糾正。

2.2.2 制作縣級轄區(qū)DOM

單景DOM制作完成后，將覆蓋試驗區(qū)的所有單景數(shù)據(jù)，按照《土地利用動態(tài)遙感監(jiān)測規(guī)程》(TD/T 1010—2015)要求進行鑲嵌、色彩調整，確保處理后影像灰度分布具有較大動態(tài)范圍，紋理清晰，色調均勻，亮度、反差適中，無明顯信息損失，主要地類邊界清晰，光譜信息豐富，無明顯偏色現(xiàn)象，能準確反映土地利用特征，相鄰景影像之間的時相相同或相近時，色彩、亮度、對比度無明顯差異；同時，根據(jù)縣級行政界線外擴1 km的范圍，裁切得到試驗區(qū)DOM。

首先利用“RS+GIS+Photoshop”中的鑲嵌、勻色及裁切一體化工具，載入制作的所有單景DOM，通過設置鑲嵌線參數(shù)，自動生成鑲嵌線，由于遙感監(jiān)測項目對鑲嵌線走向要求較高，鑲嵌線生成之后，還需在此基礎上利用“添加鑲嵌線”“折線修邊”“多邊形修邊”“套索修邊”等工具，對鑲嵌線進行局部人工微調，從而得到滿足要求的鑲嵌線，對于相鄰景相對精度滿足要求，但是重疊精度不滿足要求、鑲嵌錯位的區(qū)域，可通過“添加接邊形變點”進行重疊精度修正；然后利用“統(tǒng)一拉伸”“模板勻色”“自動勻色”等自動勻色工具對所有單景DOM進行自動勻色，對于自動勻色后不滿意區(qū)域，可通過套索工具，利用類似Photoshop的“對比度”“色階”“曲線”“色相”“可選顏色”“羽化”等人工勻色工具進行微調；最后利用裁切輸出工具中的“矢量分幅輸出”，通過設置輸出分辨率、輸出類型、矢量路徑、外擴范圍等，裁切輸出得到外擴1 km的銀海區(qū)2018年DOM。

3 試驗結果與對比分析

從多源高分辨率DOM的制作精度與速度兩個方面，將基于Pixel Engine軟件的“RS+GIS+Photoshop”批量自動制作方法與采用Erdas+Photoshop軟件進行人工處理的方法進行對比。

3.1 制作精度對比

針對“RS+GIS+Photoshop”批量自動制作和操作熟手人工制作兩種方法得到的試驗區(qū)DOM，試驗采用定量精度評價和目視檢查相結合的方法，對試驗區(qū)DOM的融合效果、相對精度、重疊精度、圖面色彩質量、裁切質量進行精度對比[9-13]見表1。

表1 精度對比情況

對比結果顯示，在DOM的融合效果和圖面色彩方面兩種方法效果差別不大，利用該方法的個別數(shù)據(jù)影像紋理更清晰，光譜信息損失更少，更利于地類判讀；相對精度方面，YG8衛(wèi)星數(shù)據(jù)不能滿足應用要求，需要采用人工制作方法進行處理；重疊精度方面，利用該方法制作的DOM，由于引入了區(qū)域網(wǎng)平差計算方法，對同源數(shù)據(jù)、甚至異源同分辨率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)間的重疊精度均有了明顯改善；裁切質量方面，利用該方法裁切后，外擴范圍與要求有個別出入，且局部存在彩邊、黑白現(xiàn)象，而利用人工方法裁切的影像不存在以上問題，針對應用需求，該問題可以忽略。

3.2 制作速度對比

在計算機配置相同的前提下，將采用“RS+GIS+Photoshop”方法制作的試驗區(qū)DOM速度，與熟練掌握多源高分辨率DOM制作流程的技術人員的平均人工處理速度進行對比。在單景DOM制作環(huán)節(jié)中，制作10景試驗區(qū)數(shù)據(jù)，人工制作時間約為10 h，而采用“RS+GIS+Photoshop”方法則只需4 h；在制作縣級轄區(qū)DOM(即影像的鑲嵌、調色及裁切)環(huán)節(jié)中，人工制作時間平均為4 h，而該方法在1 h內基本就可以完成。

因此，利用該方法制作縣級轄區(qū)DOM的速度比人工提高了2倍，其中在鑲嵌、調色及裁切階段，速度優(yōu)勢更明顯，比人工提高了3倍。

4 結 論

本文試驗表明，利用Pixel Engine軟件的“RS+GIS+Photoshop”算法進行多源高分辨率的縣級轄區(qū)DOM批量快速制作：DOM精度方面，融合效果、鑲嵌質量、圖面色彩和裁切質量均能滿足應用要求；在相對精度方面，YG8數(shù)據(jù)無法滿足要求，需要利用其他軟件進行處理。在處理速度方面，比利用Erdas軟件和Photoshop軟件人工方法的速度提高了2倍。由于該算法支持鑲嵌線自動生成和模板勻色、自動勻色，大大提高了自動化效率；而且可以實現(xiàn)大多遙感數(shù)據(jù)處理軟件不支持的波段數(shù)不一致的相鄰影像間鑲嵌，因此在鑲嵌、調色及裁切階段，速度優(yōu)勢更明顯，比人工方法提高了3倍。

在本次試驗基礎上，筆者借助依托項目，將該方法在遼寧省范圍內進行了大規(guī)模拓展試驗。結果顯示，隨著作業(yè)區(qū)范圍的擴大，數(shù)據(jù)量越多，數(shù)據(jù)源越多、越雜，在滿足精度要求的前提下，速度優(yōu)勢越明顯；且鑒于該軟件對大數(shù)據(jù)量的快速顯示、處理優(yōu)勢，可將10多個縣級轄區(qū)涉及的DOM全部載入同一工程進行鑲嵌調色，一方面明顯提高了DOM制作速度，另一方面有效保證了相鄰縣區(qū)圖面色彩的一致性，有效改善了往年全國各縣DOM放一塊后“補丁衣”的情況。

本文基于以上試驗分析，結合“RS+GIS+Photoshop”算法在多源高分辨率DOM快速制作上的優(yōu)勢及實際生產過程中出現(xiàn)的問題，將其與Erdas軟件、國產資源衛(wèi)星校正軟件及PhotoShop等遙感數(shù)據(jù)處理軟件相互結合、補充，提出了一種快速、有效的多源高分辨率DOM制作方法，如圖3所示。

隨著自然資源部的成立，利用遙感數(shù)據(jù)進行大范圍內各類自然資源調查、監(jiān)測、管理已成為一種常態(tài)。該方法的提出為正在如火如荼開展的第三次全國國土調查、全國年度土地利用變更調查、土地資源全天候遙感監(jiān)測等國家級重點工程項目及其他工期緊、任務重的大型工程項目提供了一種快速、有效的解決方案，可極大地促進遙感數(shù)據(jù)在自然資源調查、執(zhí)法督察、批后監(jiān)管等多個領域發(fā)揮其強大的優(yōu)勢。