彭菲菲 韓 虎

（新疆維吾爾自治區(qū)第一測(cè)繪院,新疆 昌吉 831100）

0.引言

遙感衛(wèi)星影像因?yàn)楦采w面廣，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍面積內(nèi)地物信息的快速準(zhǔn)確獲取，通過(guò)對(duì)同一地區(qū)不同時(shí)期的遙感影像進(jìn)行綜合比對(duì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積區(qū)域的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[1]，并依據(jù)實(shí)時(shí)遙感影像數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)有資料進(jìn)行更新存檔，在多個(gè)領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。

隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，基于遙感影像的地圖制圖技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在遙感衛(wèi)星影像的基礎(chǔ)上，以專(zhuān)業(yè)的地圖符號(hào)和地圖注記對(duì)地物空間信息進(jìn)行準(zhǔn)確表達(dá)，從而形成遙感影像地圖[2]。由于國(guó)產(chǎn)高分辨率遙感影像技術(shù)起步較晚，遙感影像地圖多采用國(guó)外遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)[3]。隨著我國(guó)遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的學(xué)者投入基于國(guó)產(chǎn)遙感影像的地圖制圖研究中去，擬定更為規(guī)范的遙感影像地圖制圖方法，形成標(biāo)準(zhǔn)化制圖流程[4]，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文以資源三號(hào)、高分一號(hào)和高分二號(hào)三種國(guó)產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星遙感影像為基礎(chǔ)，研究遙感衛(wèi)星影像地圖制圖技術(shù)，分析真彩色波段合成方法，選擇最合適的波段合成方法進(jìn)行色彩處理前的準(zhǔn)備；通過(guò)對(duì)多景遙感影像拼接方法進(jìn)行綜合研究，利用Photoshop常用的軟件工具進(jìn)行邊緣平滑及增強(qiáng)處理，提高影像地圖的直觀性和一覽性；定制設(shè)計(jì)地圖符號(hào)和地圖注記，對(duì)多個(gè)地區(qū)的遙感影像進(jìn)行生產(chǎn)處理，制作清晰、直觀、易于理解的大區(qū)域遙感影像地圖。

1.數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

本次研究以國(guó)產(chǎn)高分辨率遙感衛(wèi)星影像為研究對(duì)象，分別以資源三號(hào)、高分一號(hào)以及高分二號(hào)遙感影像進(jìn)行制圖。資源三號(hào)衛(wèi)星搭載了多臺(tái)高分辨率相機(jī)，包括正視多光譜相機(jī)（分辨率5.8m）、全色延遲積分成像相機(jī)（分辨率2.1m）等，全國(guó)陸地覆蓋率可達(dá)99.37%以上；高分一號(hào)衛(wèi)星的成功發(fā)射標(biāo)志著我國(guó)高分辨率對(duì)地觀測(cè)時(shí)代的開(kāi)啟，同樣搭載多臺(tái)高分辨率相機(jī)，其中多光譜相機(jī)共5臺(tái)（4臺(tái)分辨率為16m，1臺(tái)分辨率為8m），全色延遲積分成像相機(jī)共1臺(tái)（分辨率2.0m）[5]；高分二號(hào)衛(wèi)星空間分辨率相對(duì)較高，所搭載相機(jī)的分辨率優(yōu)于1m，國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星正式進(jìn)入亞米級(jí)時(shí)代。

除遙感影像數(shù)據(jù)外，還需要地理矢量要素?cái)?shù)據(jù)，主要可分為三大類(lèi)，分別是行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、道路矢量數(shù)據(jù)、位置信息及地名數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式一般為shp格式，分別來(lái)源于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心、Open Street Map網(wǎng)站、已出版地圖或百度地圖等。

2.制圖方法研究

以國(guó)產(chǎn)高分辨率遙感影像為基礎(chǔ)，制作遙感影像地圖，主要包括遙感影像處理、地理屬性數(shù)據(jù)編輯、整體效果提升三大部分，具體（如圖1所示）：

圖1 遙感影像地圖制圖過(guò)程

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

遙感影像地圖的數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括三個(gè)方面，分別是數(shù)據(jù)收集、影響配準(zhǔn)與融合、正射校正[6]。其中數(shù)據(jù)收集是遙感影像地圖制作的基礎(chǔ)性工作，數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括遙感影像和地理屬性數(shù)據(jù)兩個(gè)方面。

在使用遙感影像數(shù)據(jù)前，需對(duì)其進(jìn)行配準(zhǔn)處理，因?yàn)楣庾V波段和分辨率的不同，會(huì)使得遙感影像與真實(shí)地表存在一定的偏差，且所收集遙感影像多為多時(shí)相多景影像，需對(duì)其進(jìn)行融合，并對(duì)拼接位置進(jìn)行邊緣平滑處理[7]，實(shí)現(xiàn)多幅遙感衛(wèi)星影像的無(wú)縫拼接。

正射校正。在遙感影像獲取過(guò)程中，由于遙感衛(wèi)星自身因素以及外界條件的影響，拍攝的遙感影像存在一定程度的幾何變形，一般情況下，用戶(hù)獲取的遙感影像已經(jīng)過(guò)幾何粗校正處理，而正射校正則對(duì)幾何形變進(jìn)行進(jìn)一步精校正，從而降低遙感影像幾何誤差。

2.2 真彩色影像合成

遙感影像預(yù)處理后，需進(jìn)行真彩色影像合成處理。通過(guò)對(duì)資源三號(hào)、高分一號(hào)和高分二號(hào)衛(wèi)星進(jìn)行綜合研究，各衛(wèi)星均包含紅、綠、藍(lán)、近紅外四個(gè)波段，在進(jìn)行影像合成時(shí)直接采用紅、綠、藍(lán)三波段進(jìn)行處理，所獲得的遙感影像植被色彩容易失真，紋理清晰度偏低，從而降低遙感影像地圖質(zhì)量[8]。為解決這個(gè)問(wèn)題，本次研究采用近紅外波段結(jié)合綠波段進(jìn)行合成處理，生成新的綠波段，然后再合成真彩色遙感衛(wèi)星影像。

遙感影像由于波段合成時(shí)波段的選擇不同、波段合成方法的不同，所以最終呈現(xiàn)出的地物色彩也會(huì)有所不同。在本次研究過(guò)程中，通過(guò)對(duì)比分析資源三號(hào)、高分一號(hào)和高分二號(hào)國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星影像的真彩色合成方法，研究其最為適合的波段合成方法。

為了研究資源三號(hào)、高分一號(hào)以高分二號(hào)遙感影像的波段合成最佳權(quán)重，取α值分別為1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5，對(duì)比各加權(quán)波段合成結(jié)果（如圖2所示）。對(duì)三種遙感影像的對(duì)比進(jìn)行綜合計(jì)算可得：所有遙感影像整體均呈現(xiàn)先增后減趨勢(shì)。當(dāng)α=1.0時(shí)，即對(duì)遙感影像采用原始紅、綠、藍(lán)波段進(jìn)行合成處理，三種遙感衛(wèi)星影像植被顏色均容易失真，遙感影像對(duì)比度相對(duì)較小，其中資源三號(hào)遙感影像最為明顯；當(dāng)α=0.9時(shí)，與原始波段合成結(jié)果相比，資源三號(hào)遙感影像的植被顏色改善較為顯著，雖然三種遙感影像的對(duì)比度有所提升，但綠植仍存在表達(dá)不充分現(xiàn)象；當(dāng)α=0.8時(shí)，高分一號(hào)和高分二號(hào)遙感影像的對(duì)比度大幅度上升，達(dá)到最大值，但資源三號(hào)遙感影像對(duì)比度基本不變，此時(shí)高分一號(hào)以及高分二號(hào)遙感影像的表達(dá)效果相對(duì)較為理想；當(dāng)α=0.7時(shí)，高分一號(hào)以及高分二號(hào)遙感影像對(duì)比度呈下降趨勢(shì)，但此時(shí)資源三號(hào)遙感影像對(duì)比度明顯增加，達(dá)到最大值，遙感影像的表達(dá)效果較好；當(dāng)α=0.6時(shí)，三種衛(wèi)星的遙感影像對(duì)比度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；當(dāng)α=0.5時(shí)，資源三號(hào)遙感影像的對(duì)比度大幅度下降，遠(yuǎn)低于原始遙感影像，高分一號(hào)以及高分二號(hào)遙感影像對(duì)比度出現(xiàn)小幅度上升趨勢(shì)，但仍小于原始遙感影像。

圖2 不同α取值不同類(lèi)型遙感影像合成結(jié)果

綜上所述，相較于原始影像紅、綠、藍(lán)波段直接合成，波段加權(quán)后的真彩色合成影像效果更為理想；α=0.7時(shí)資源三號(hào)遙感影像對(duì)比度最大，地物信息表現(xiàn)較為豐富，色彩較好；α=0.8時(shí)，高分一號(hào)及高分二號(hào)遙感影像對(duì)比度最大，影像整體表達(dá)效果最好。

2.3 色彩增強(qiáng)處理

遙感衛(wèi)星影像色彩增強(qiáng)方法主要包括色階工具、曲線(xiàn)工具、選區(qū)工具以及蒙版工具等。其中色階工具作為最常使用的調(diào)色工具，是以獲取的圖像直方圖均衡為基礎(chǔ)，對(duì)遙感影像進(jìn)行非線(xiàn)性拉升處理，從而使得圖像亮度、色彩等按照需求進(jìn)行改變調(diào)整。在進(jìn)行多幅遙感影像拼接處理時(shí)，為保證不同影像的亮度及色彩等具有較高一致性，需對(duì)其進(jìn)行勻光勻色處理。以較為理想的遙感影像為參考，不斷調(diào)節(jié)其他遙感影像的亮度、對(duì)比度等，以獲取最佳的亮度、色彩匹配，從而實(shí)現(xiàn)多幅遙感影像的無(wú)差異拼接。

選取同一地區(qū)不同時(shí)期不同軌道不同衛(wèi)星拍攝的遙感衛(wèi)星影像，利用Adobe Photoshop圖像處理軟件進(jìn)行勻光勻色處理（如圖3所示）。蘭州市整體遙感影像是由四景遙感衛(wèi)星影像拼接而成，由圖3可知，拼接影像顏色差異相對(duì)較大，右側(cè)遙感影像明顯優(yōu)于左側(cè)影像，故以右側(cè)遙感影像為基準(zhǔn)，利用色階工具對(duì)左側(cè)影像進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，使其與右側(cè)影像色彩及亮度基本一致，無(wú)顯著差別；并采用套索工具建立選區(qū)，對(duì)所選擇的區(qū)域進(jìn)行邊緣平滑處理，消除拼接線(xiàn)，光滑過(guò)渡。

圖3 拼接遙感影像勻光勻色處理前（上）后（下）對(duì)比

3.遙感影像地圖制作

3.1 制作流程

圖幅設(shè)計(jì)。比例尺和分辨率是遙感影像地圖較為重要的因素，本次遙感影像地圖制作在滿(mǎn)足地圖分辨率的要求下，采用單幅面版芯尺寸為350mm×470mm，雙幅面版芯展開(kāi)尺寸為700mm×470mm，制版圖比例尺以充滿(mǎn)整個(gè)版面為原則。圖幅設(shè)計(jì)版面（如圖4所示）：

圖4 圖幅設(shè)計(jì)

地理矢量要素。地理矢量要素是遙感影像地圖的重要組成成分，改善了某些難以定量的地物要素在遙感影像上的顯示質(zhì)量。本次研究以圖幅量、內(nèi)容規(guī)范等為基礎(chǔ)，選擇的矢量要素包括城市及城市間主干道路（劃線(xiàn)并注記）、五級(jí)以上河流（劃線(xiàn)）、四級(jí)以上河流（注記），以及政府建筑、大型公園、機(jī)場(chǎng)車(chē)站交通樞紐等標(biāo)志性建筑。

地圖符號(hào)和注記。地圖符號(hào)是地圖對(duì)外的專(zhuān)業(yè)圖解語(yǔ)言，是地圖信息解讀的關(guān)鍵。在地圖符號(hào)設(shè)計(jì)階段，需要對(duì)地圖符號(hào)的形狀、方向、大小、密集度、色彩以及與遙感影像的匹配度等進(jìn)行重點(diǎn)考慮，著重突出地圖符號(hào)的表現(xiàn)性、專(zhuān)業(yè)性及易辨認(rèn)性，在遙感影像地圖符號(hào)設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要考慮點(diǎn)狀符號(hào)設(shè)計(jì)和線(xiàn)狀符號(hào)設(shè)計(jì)。地圖注記作為地圖的基本內(nèi)容，采用文字和數(shù)字等要素對(duì)地圖上的地物信息進(jìn)行詳細(xì)表述，以普通地圖注記設(shè)計(jì)原則為基礎(chǔ)，并輔以特殊地物表述方式，突出遙感影像地圖的專(zhuān)業(yè)性。

地圖整飾。地圖整飾是對(duì)遙感影像地圖的完善及優(yōu)化處理，主要包括地圖圖名圖號(hào)、經(jīng)緯度及注記、坐標(biāo)系、比例尺等必要地圖要素，從而生成完整遙感影像地圖。

3.2 遙感影像地圖

在城市遙感影像地圖制作過(guò)程中，為追求影像地圖的準(zhǔn)確性和功能性，對(duì)城市基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)如主干道路、主要河流以及居民地等的要求越來(lái)越高。在本次研究過(guò)程中，采用數(shù)字正射影像對(duì)城市范圍內(nèi)的主干道路、居民地及重點(diǎn)建筑物等地形要素進(jìn)行更新，由于數(shù)字正射影像上地面所有點(diǎn)位均進(jìn)行了投影差分改正，因此地理要素精度完全滿(mǎn)足遙感影像地圖制圖要求。將研究區(qū)數(shù)字正射影像與搜集到的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加處理，然后正射影像上將所需地物信息進(jìn)行直接提取，即可實(shí)現(xiàn)城市主干道路、主要河流以及重點(diǎn)建筑物等數(shù)據(jù)的快速更新，方便制圖。本文選擇幾個(gè)具有代表性的省會(huì)城市，分別制作其遙感影像地圖（如圖5所示）：

圖5 部分制圖成果

4.結(jié)束語(yǔ)

基于國(guó)產(chǎn)高分辨率遙感影像的地圖制圖技術(shù)是國(guó)家遙感技術(shù)的綜合體現(xiàn)，本文以資源三號(hào)、高分一號(hào)和高分二號(hào)遙感衛(wèi)星影像為基礎(chǔ)，分析各衛(wèi)星影像波段特點(diǎn)，設(shè)置不同權(quán)重，對(duì)比分析較為合適的真彩色波段合成方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)權(quán)重值分別為0.7和0.8時(shí)，資源三號(hào)和高分一號(hào)、高分二號(hào)衛(wèi)星遙感影像的地物信息表達(dá)效果最為理想；并利用Adobe Photoshop圖像處理軟件對(duì)拼接影像進(jìn)行勻色勻光處理，提高拼接影像的整體一致性；最后基于專(zhuān)業(yè)地圖符號(hào)和注記，利用數(shù)字正射影像圖和處理后的遙感影像，制作多個(gè)城市的高分辨率遙感影像地圖，為后續(xù)國(guó)產(chǎn)高分辨率遙感影像地圖的制作提供參考依據(jù)。