胡 菡，范學峰，張 亮

（1.湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

建設省級影像控制點數(shù)據(jù)庫不僅有利于影像控制點資料的管理、維護、查詢與共享，更有利于遙感影像的多行業(yè)、多場景深入應用，使衛(wèi)星遙感能更好地服務于自然資源監(jiān)管、生態(tài)保護、經(jīng)濟社會發(fā)展。因此本文將討論如何為影像控制點數(shù)據(jù)管理與維護提供統(tǒng)一的標準，以便更好地實現(xiàn)影像控制點數(shù)據(jù)資源共享和信息服務社會化。

1 影像控制點

1.1 影像控制點的定義

影像控制點（Image Control Point）是為滿足幾何校正、投影變換和配準等需要，通過野外實地測量或在已有基礎地理信息成果上提取，用于建立幾何變換函數(shù)的參考點。狹義上是地面上具有平面和高程控制意義的點，廣義上是精確表達空間位置的地理信息數(shù)據(jù)；其包含的內(nèi)容可以歸納為空間位置坐標、點位特征描述說明、輔助信息、點位周圍局部范圍的控制點影像塊[1]。

1.2 影像控制點的類型

1）從獲取方式上，影像控制點可分為外業(yè)實測控制點和內(nèi)業(yè)圖解控制點。

傳統(tǒng)的控制點多為外業(yè)實測點，通常具有精度高的特點，但其與影像間連接的同名點需要人工手動選取，操作人員的技術水平、熟練程度等會影響控制點的精度。同時，外業(yè)實測控制點獲取方式較復雜、成本高、周期長，重復利用性較差[2]。

內(nèi)業(yè)圖解點獲取方便、成本低、周期短，具有幾何特征明顯、穩(wěn)定性好、易匹配的特點。通?？赏将@取點位周圍局部范圍的控制點影像塊，更利于控制點與影像間建立連接。但其精度受限于資料DLG、DOM等，無法和外業(yè)實測控制點的精度相媲美。

2）從坐標類型上，控制點可分為平面控制點，即具有平面坐標值的控制點；高程控制點，即具有高程值的控制點；平高控制點，同時具有平面坐標和高程值的控制點。外業(yè)實測控制點一般具有平面坐標、高程值，內(nèi)業(yè)圖解控制點一般具有平面坐標值。

隨著高精度遙感影像需求日益增大，遙感影像的不同應用場景對影像控制點的要求也不盡相同。因此很多學者提出建立影像控制點數(shù)據(jù)庫，尤其是區(qū)域性、全國性的影像控制點數(shù)據(jù)庫，作為解決反復利用控制點資料行之有效的辦法。

1.3 影像控制點可含信息

影像控制點雖然名為“點”，但其包含的信息絕不止是點，其包含的信息可歸納為：控制點空間位置信息、點位特征信息、點位周圍影像塊、輔助信息等。

1）控制點的空間位置信息，不僅指點位本身的坐標值信息，還包括其所在行政區(qū)域、1∶10 000或1∶50 000圖幅等索引信息。

2）控制點的點位特征信息，主要用來描述控制點的特征、特性，便于其查找、使用，包括控制點點號、獲取方式、采集時間、控制點有效性、類型、坐標成果來源、坐標系、點位說明、實地照片等。

3）點位周圍影像塊，控制點影像塊可從采集的遙感數(shù)據(jù)源中裁切獲得，是以控制點位置為中心的矩形影像數(shù)據(jù)塊。使用控制點影像塊進行遙感影像幾何糾正時，可采用多源影像匹配的算法自動選取控制點，并在目標影像上實現(xiàn)匹配定位，是實現(xiàn)遙感影像快速幾何糾正的主要途徑。為了滿足不同規(guī)格的遙感影像糾正、配準需求，可以為一個影像控制點制作多個影像塊，避免影像塊分辨率太低或太高，而導致控制點影像的特征在目標影像上根本不存在而無法順利實現(xiàn)匹配的情況[3]。

空間位置信息、點位特征信息、點位周圍影像塊、輔助信息等構成了影像控制點。利用積累下來的大量影像控制點統(tǒng)一入庫，建立影像控制點數(shù)據(jù)庫，不僅改進了控制點資源的管理方式，也提高了控制點的使用效率，同時可以大大提高多源遙感影像的匹配、糾正速度[4]。

2 影像控制點數(shù)據(jù)庫

2.1 數(shù)據(jù)庫內(nèi)容及結構

根據(jù)本文1.3 節(jié)對影像控制點可含信息的分析，影像控制點數(shù)據(jù)庫內(nèi)容應涉及如下幾個方面，同時應符合影像控制點及其使用的相應要求。

1）影像控制點空間位置數(shù)據(jù)：以點要素的方式存儲，可采用File GeoDatabase格式。

2）影像控制點點位成果：一般以點位成果表的形式存儲，可采用Excel 格式，內(nèi)容應包含點號、獲取方式、類型及等級、采集時間、時效性、經(jīng)緯度、大地高等基本信息。點位成果表一方面便于影像控制點的檢索和管理，另一方面可作為錄入矢量信息的數(shù)據(jù)來源。

3）影像控制點點位信息：一般以每個控制點對應一張點位信息表的形式存儲，可采用Excel 格式，內(nèi)容應包含影像控制點點號、編號、所在行政區(qū)、獲取方式、類型、布點員、測量員、檢查員、測量單位、采集時間、坐標成果來源、坐標系、坐標值、控制點Ⅰ級圖形圖像（點位影像索引圖）、實地照片Ⅰ（點位實地觀測時全局拍照）、控制點Ⅱ級圖形圖像（點位局部放大影像圖）、實地照片Ⅱ（點位實地觀測時局部拍照）、點位說明及備注信息等。點位信息表用來記錄影像控制點的基本信息和屬性數(shù)據(jù)，是影像控制點數(shù)據(jù)庫的重要內(nèi)容之一。

4）控制點影像塊：控制點影像塊從采集的遙感數(shù)據(jù)源中裁切，可采用非壓縮TIFF 格式，裁切時以控制點位置為中心點，裁切固定規(guī)格的影像塊（如：511像素×511像素），并盡可能把實地照片拍攝的主體地物置于裁切范圍中間。如果具備多種分辨率的遙感數(shù)據(jù)源，可裁切多種分辨率的控制點影像塊，以備不同應用場景需求。

2.2 控制點編號方式

要將影像控制點統(tǒng)一管理起來，就必須對收集到的影像控制點成果按統(tǒng)一規(guī)則進行編號。為了盡可能體現(xiàn)影像控制點的信息，編號可由獲取方式、類型、時效性、行政區(qū)劃、采集時間及序號組成。

2.3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

根據(jù)影像控制點及影像控制點數(shù)據(jù)庫的管理、使用需求，影像控制點數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)需要具有影像控制點數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除，影像控制點查詢、統(tǒng)計、輸出，圖層控制、數(shù)據(jù)瀏覽、符號化，用戶管理、數(shù)據(jù)備份等功能。

1）數(shù)據(jù)錄入：數(shù)據(jù)錄入前，按2.1 和2.2 的描述對其進行標準化處理。數(shù)據(jù)標準化處理的目的是把不規(guī)則的影像控制點數(shù)據(jù)轉換為規(guī)則的符合數(shù)據(jù)入庫標準的數(shù)據(jù)。對已經(jīng)空間化的控制點，采用程序批量錄入控制點位置信息；對未空間化的控制點，利用控制點坐標成果表等已有信息，批量或逐條處理、錄入矢量點數(shù)據(jù)；并按統(tǒng)一規(guī)格制作影像控制點點位成果表、點位信息表、控制點影像塊等必要附件。數(shù)據(jù)錄入完成后應記錄數(shù)據(jù)入庫日志。

2）數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計：包括按編號、等級、獲取方式、類型、時效性、行政區(qū)劃等信息的影像控制點查詢及統(tǒng)計；按坐標范圍、圖形范圍、索引信息的影像控制點查詢及統(tǒng)計；基于其他信息的模糊查詢、精確查詢。

3）數(shù)據(jù)輸出：根據(jù)查詢條件獲得相應數(shù)據(jù)及附件后輸出；根據(jù)需求輸出統(tǒng)一規(guī)格的相應圖表。

4）數(shù)據(jù)瀏覽：放大、縮小、移動、全圖顯示、回退至上一窗口、分圖層勾選等常規(guī)地圖瀏覽功能；可定制的數(shù)據(jù)查詢?yōu)g覽；可定制的符號化。

5）數(shù)據(jù)更新：影像控制點的各類屬性信息更新；影像控制點點位信息表等附件內(nèi)容更新；影像控制點的控制點影像塊更新；自動記錄影像控制點更新痕跡。

6）數(shù)據(jù)備份：增量備份；定期全庫備份。

7）用戶管理：用戶賬號管理、用戶權限管理、日志管理等，保障影像控制點數(shù)據(jù)庫的安全運行。

3 應用實踐

3.1 影像控制點數(shù)據(jù)庫建立

根據(jù)以上分析及研究，構建我省影像控制點數(shù)據(jù)庫，并在此基礎上，對多年來積累的控制點數(shù)據(jù)進行整理入庫。

選取項目來源明確，成果真實、準確，可長期保存，其他項目可借鑒性好的控制點數(shù)據(jù)，按入庫預處理、排查失效和錯誤控制點、完善控制點屬性信息、制作控制點影像塊、整理控制點點位信息表、點位成果表及其他資料的流程完成影像控制點入庫。利用第一次全國地理國情普查、地理國情監(jiān)測、第三次全國國土調(diào)查等項目完成的覆蓋湖北全省的0.5 m、1.0 m、2.0 m分辨率數(shù)字正射影像制作控制點影像塊。這些影像均采用統(tǒng)一的數(shù)學基礎：CGCS2000坐標系，1985國家高程基準，高斯-克呂格投影。具體入庫流程如圖1。

圖1 影像控制點入庫流程

3.2 影像控制點的應用

在省域范圍內(nèi)選取廣水、曾都兩地的遙感影像作為生產(chǎn)1∶10 000 DOM 實驗區(qū)，利用已建立的影像控制點數(shù)據(jù)庫，根據(jù)衛(wèi)星影像提供的精確RPC參數(shù)，必要時配合已有DEM 成果等資料，進行正射糾正處理。而后通過外業(yè)檢核對實驗區(qū)DOM 成果進行精度檢測，驗證了影像控制點數(shù)據(jù)庫的可靠性[5]。

該省級影像控制點數(shù)據(jù)庫陸續(xù)在地理國情監(jiān)測、自然資源監(jiān)測、耕地“非農(nóng)化”、2022 年第三季度耕地監(jiān)測、衛(wèi)星遙感影像快速生產(chǎn)等重大項目中作為遙感影像糾正處理的控制資料和檢查依據(jù)發(fā)揮了重要作用[6-7]。

4 結 語

本文立足于當前自然資源監(jiān)管、各行業(yè)應用對遙感影像日益旺盛的需求，以提高遙感影像處理效率，管理、利用歷史控制點資料為目標，討論了影像控制點數(shù)據(jù)庫建設的必要性。在充分探討影像控制點的含義、類型、所需信息、應用方向的基礎上，設計并建立了省級影像控制點數(shù)據(jù)庫。并對多年來我省積累的控制點數(shù)據(jù)進行整理入庫，通過實驗區(qū)應用，驗證了影像控制點數(shù)據(jù)庫的可靠性。