［關(guān)鍵詞］ 水土流失；影像生產(chǎn)；PCI-GXL系統(tǒng)；海量遙感

［摘 要］ 為提高遙感衛(wèi)星影像的質(zhì)量與生產(chǎn)速度，以滿足年度水土流失遙感更新調(diào)查項(xiàng)目時(shí)間緊、影像精度高和數(shù)據(jù)量大的需求，介紹了一種使用PCI-GXL系統(tǒng)進(jìn)行遙感影像處理的技術(shù)，并分析了PCI-GXL系統(tǒng)在廣西壯族自治區(qū)水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)區(qū)遙感更新調(diào)查中的應(yīng)用，以期為更好處理水土流失遙感更新調(diào)查數(shù)據(jù)提供幫助。

［中圖分類號(hào)］ S157" [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.05.012

水土流失遙感更新調(diào)查的意義在于運(yùn)用遙感、無(wú)人機(jī)航攝、地面觀測(cè)、模型計(jì)算和綜合分析等技術(shù)手段，全面調(diào)查地區(qū)土壤侵蝕與生產(chǎn)建設(shè)擾動(dòng)現(xiàn)狀，查清全區(qū)水土流失類型、面積、強(qiáng)度、空間分布和動(dòng)態(tài)變化，掌握水土流失年度動(dòng)態(tài)變化情況，實(shí)現(xiàn)水土流失年度動(dòng)態(tài)變化情況分析評(píng)價(jià)，為生態(tài)安全預(yù)警、水土保持目標(biāo)責(zé)任及有關(guān)生態(tài)評(píng)價(jià)考核、水土保持和生態(tài)文明建設(shè)等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策支撐；同時(shí)以數(shù)字化的方式展示調(diào)查成果，提高成果的應(yīng)用水平，向社會(huì)及時(shí)公布調(diào)查成果。而高分辨率衛(wèi)星遙感影像是水土流失遙感調(diào)查中土地利用解譯的主要數(shù)據(jù)源。

PCI-GXL地理成像加速器軟件的RPC模型（幾何校正模型）是公認(rèn)優(yōu)秀的RPC模型算法，同時(shí)GXL系統(tǒng)也是支持最多衛(wèi)星數(shù)據(jù)類型讀取的海量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，將高性能的計(jì)算能力與專業(yè)處理技術(shù)結(jié)合，使數(shù)據(jù)處理在速度和效率上都得到了顯著提高，通過(guò)自動(dòng)化的工作流，能夠大大提升對(duì)傳統(tǒng)影像的處理能力，從而大大提高生產(chǎn)單位的處理能力，很好地滿足水土流失遙感更新調(diào)查項(xiàng)目時(shí)間緊迫、影像精度高和數(shù)據(jù)量大的要求[1-3]，節(jié)省大量的物力財(cái)力，對(duì)水土流失遙感更新調(diào)查的實(shí)施具有積極意義。

本研究介紹了基于PCI-GXL系統(tǒng)，利用國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)制作2021年廣西壯族自治區(qū)除國(guó)家級(jí)重點(diǎn)防治區(qū)以外的93個(gè)縣級(jí)行政區(qū)水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)遙感更新調(diào)查影像的技術(shù)流程，以期為更好地處理水土流失遙感更新調(diào)查數(shù)據(jù)提供幫助。

1 數(shù)據(jù)獲取及利用分析

由于項(xiàng)目對(duì)影像的精度要求較高，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和篩選，因此影像選擇的結(jié)果直接影響成果的質(zhì)量。由于陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)可進(jìn)行多種國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的查詢下載，并且能夠進(jìn)行原始影像貼圖，能夠更好地進(jìn)行初次篩選，保證覆蓋率，因此影像數(shù)據(jù)從陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)獲取，一般按照如下原則選取：①影像的時(shí)相為更新調(diào)查本年度的1—8月且空間分辨率優(yōu)于2 m；②監(jiān)測(cè)區(qū)大部分縣級(jí)行政區(qū)的遙感影像無(wú)明顯云覆蓋（云量低于1%）；③如果影像時(shí)相較新但質(zhì)量較差，則可采用時(shí)相最接近且質(zhì)量較好的影像進(jìn)行補(bǔ)充。

2021年廣西壯族自治區(qū)水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)區(qū)遙感更新調(diào)查影像的主要數(shù)據(jù)源為CB04A、GF1、GF1B、GF1C、GF1D、GF2、GF6、GF7、ZY1E、ZY302衛(wèi)星。使用數(shù)據(jù)見圖1。

2 影像生產(chǎn)流程

PCI-GXL系統(tǒng)進(jìn)行影像生產(chǎn)作業(yè)的主要流程為：影像導(dǎo)入、控制點(diǎn)與同名點(diǎn)采集、正射校正、影像融合、影像鑲嵌預(yù)處理、鑲嵌及成果輸出[4-5]。影像生產(chǎn)流程見圖2。

2.1 影像導(dǎo)入

PCI-GXL系統(tǒng)的通用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可支持130余種柵格、矢量數(shù)據(jù)讀寫。每一個(gè)數(shù)據(jù)處理軟件或平臺(tái)支持文件格式有所不同，PCI-GXL的影像導(dǎo)入模塊主要用來(lái)將原始的影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為內(nèi)部格式，同時(shí)讀入原始數(shù)據(jù)中的包括星歷參數(shù)等模型，對(duì)輻射校正與系統(tǒng)幾何校正后的0級(jí)以上數(shù)據(jù)（不包含0級(jí)原始數(shù)據(jù)）進(jìn)行讀入，在此基礎(chǔ)上建立軌道信息數(shù)據(jù)層，為正射校正等后期處理做準(zhǔn)備。

2.2 控制點(diǎn)采集與同名點(diǎn)采集

PCI-GXL系統(tǒng)能夠從正射校正后的影像/地理參考影像、控制點(diǎn)影像庫(kù)、現(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)庫(kù)（道路網(wǎng)）、多邊形矢量數(shù)據(jù)（湖泊）4種參考數(shù)據(jù)中自動(dòng)采集地面控制點(diǎn)；同名點(diǎn)采集與優(yōu)化模塊是通過(guò)掃描輸入的文件夾中彼此相互重疊的有效影像（PIX），根據(jù)輸入的影像數(shù)量，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)連接點(diǎn)采集作業(yè)，每個(gè)作業(yè)處理一個(gè)輸入影像的子集，連接點(diǎn)采集作業(yè)完成后，模塊會(huì)產(chǎn)生一個(gè)校正作業(yè)將所有的子工程合并到一個(gè)工程中。

2.3 正射校正

當(dāng)控制點(diǎn)采集檢查完成后，自動(dòng)正射校正模塊可使用嚴(yán)密成像幾何模型或RPC模型進(jìn)行衛(wèi)星影像正射校正。2021年廣西壯族自治區(qū)水土流失遙感調(diào)查基于高精度的DEM數(shù)據(jù)，控制點(diǎn)參考影像為現(xiàn)有水利部下發(fā)影像，無(wú)需任何人工干預(yù)，正射糾正全自動(dòng)化就能達(dá)到很理想的糾正效果，正射校正模塊可為輸出的影像進(jìn)行地圖投影，設(shè)置影像輸出的像素大小，后經(jīng)過(guò)對(duì)比檢查，影像的精度符合水土流失遙感更新調(diào)查影像生產(chǎn)精度要求。

2.4 影像銳化融合

PCI-GXL針對(duì)不同影像傳感器和應(yīng)用，為了解決色彩失真與過(guò)度依賴復(fù)雜運(yùn)算與數(shù)據(jù)集等現(xiàn)有融合算法的典型問(wèn)題，基于最小二乘法，得到在原始全色與多光譜間達(dá)到最佳近似灰度值關(guān)系的影像，全色增強(qiáng)的多光譜將繼承全色影像的空間細(xì)密程度，確保影像高分辨率及色彩高精度。

2.5 影像鑲嵌與成果裁剪

與其他需要手動(dòng)畫鑲嵌線進(jìn)行鑲嵌的軟件相比，PCI-GXL系統(tǒng)具有在進(jìn)行鑲嵌前會(huì)進(jìn)行鑲嵌線自動(dòng)采集和影像自動(dòng)勻色的鑲嵌預(yù)處理優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行最終影像成果輸出時(shí)，輸出文件類型可為pix、tif或img。

以桂林市為例，2021年5—7月全市無(wú)云全覆蓋影像生成，所需數(shù)據(jù)有ZY302數(shù)據(jù)4景及GF6數(shù)據(jù)2景，將原始數(shù)據(jù)放入PCI-GXL系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)導(dǎo)入至成果輸出僅耗時(shí)0.5 h。PCI-GXL系統(tǒng)在處理影像時(shí)打破了傳統(tǒng)作業(yè)方式，可形成自動(dòng)化的工作流，極大地提高了生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)時(shí)間。按照2021年廣西水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)區(qū)遙感更新調(diào)查的要求，根據(jù)行政界線進(jìn)行影像鑲嵌裁剪，影像輸出類型為pix。影像輸出成果見圖3。

3 成果應(yīng)用

廣西屬亞熱帶季風(fēng)氣候和熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛、暴雨集中，降雨侵蝕力較強(qiáng)，容易形成降雨徑流，而山地丘陵地貌又為降雨徑流的產(chǎn)生提供了有利條件和較大勢(shì)能，使徑流沖刷力更強(qiáng)，加上廣西巖溶廣布，地表切割強(qiáng)烈，土壤瘠薄，抗蝕性差，因此極易引發(fā)水土流失。全面調(diào)查廣西水土流失類型、強(qiáng)度、空間分布狀況，掌握水土流失動(dòng)態(tài)變化，能對(duì)研究水土流失發(fā)展趨勢(shì)、制定防治措施起到支撐作用，而遙感影像是前期土地利用解譯的基礎(chǔ)。

3.1 建立解譯標(biāo)志

PCI-GXL系統(tǒng)所處理的遙感影像全色與多光譜影像間達(dá)到最佳近似灰度值關(guān)系，地物特征清晰。根據(jù)2021年遙感影像的空間分辨率、時(shí)相，以及典型地物的色調(diào)、幾何影像特征，結(jié)合外業(yè)調(diào)查，采用遙感影像、典型調(diào)查與實(shí)地對(duì)照的方法，每個(gè)縣級(jí)行政區(qū)分別建立一套土地利用和水土保持措施遙感解譯標(biāo)志。

3.2 遙感解譯

基于2020年監(jiān)測(cè)成果和2021年遙感影像，結(jié)合解譯標(biāo)志和野外調(diào)查資料，根據(jù)技術(shù)指南中“土地利用分類”和“水土保持措施分類和全國(guó)輪作區(qū)名稱及代碼”的分類標(biāo)準(zhǔn)和要求，以廣西2021年2 m高分遙感影像為底圖，采用人機(jī)交互解譯與自動(dòng)解譯結(jié)合的方法，提取土地利用與水土保持措施等專題信息，提取土地利用與水土保持措施的類型、面積或數(shù)量，確定土壤侵蝕地塊邊界，整理矢量字段屬性表。自治區(qū)級(jí)監(jiān)測(cè)區(qū)土地利用遙感解譯總圖斑308.06萬(wàn)個(gè)，水土保持措施總圖斑28.63萬(wàn)個(gè)，野外調(diào)查共調(diào)查土地利用圖斑1.59萬(wàn)個(gè)，水土保持措施圖斑1 916個(gè)。

1）土地利用情況?；凇?021年水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南》所規(guī)定的分類體系，以2020年全國(guó)第二次土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上更新解譯的成果為基礎(chǔ)，以2021年2 m高分遙感影像為底圖，結(jié)合解譯標(biāo)志，采用人機(jī)交互的方式根據(jù)最新的遙感影像數(shù)據(jù)對(duì)土地利用進(jìn)行更新解譯，獲得監(jiān)測(cè)區(qū)耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地等土地利用類型數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)面積。

2）植被覆蓋情況?；诳h級(jí)行政區(qū)土地利用遙感解譯成果，以及上一年植被最茂盛時(shí)期的植被覆蓋度監(jiān)測(cè)成果，按覆蓋度分級(jí)，分別統(tǒng)計(jì)不同覆蓋度園地、林地、草地的面積。

3）水土保持措施情況?；诳h級(jí)行政區(qū)水土保持措施遙感解譯成果，按水土保持措施類型，分別統(tǒng)計(jì)措施工程量，如面積、長(zhǎng)度、數(shù)量等。

3.3 制作專題圖

基于縣級(jí)行政區(qū)土地利用解譯成果，分別統(tǒng)計(jì)不同統(tǒng)計(jì)單元的土地利用情況、植被情況、土壤侵蝕情況、水土保持措施情況及人為擾動(dòng)情況，制作生成不同統(tǒng)計(jì)單元土地利用專題圖、植被覆蓋度專題圖、土壤侵蝕專題圖、水土保持措施專題圖及人為擾動(dòng)地塊專題圖。

根據(jù)《2021年水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南》開展了2021年廣西水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)區(qū)遙感更新調(diào)查工作，全面查清了廣西2021年水土流失的類型、面積、強(qiáng)度、空間分布和動(dòng)態(tài)變化情況。配合遙感影像建立自治區(qū)級(jí)監(jiān)測(cè)區(qū)每個(gè)縣一套土地利用和水土保持措施的解譯標(biāo)志，完成了監(jiān)測(cè)區(qū)土地利用與水土保持措施信息提取工作，土地利用類型與水土保持措施分類與屬性賦值規(guī)范，滿足《2021年水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南》要求。

4 總結(jié)與建議

高分辨率遙感影像是2021年廣西土地利用遙感更新調(diào)查主要的參考數(shù)據(jù)源，然而高分辨率遙感影像的應(yīng)用不僅僅在于此，高分辨率遙感影像在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，包括但不限于城市規(guī)劃和土地利用、農(nóng)業(yè)和林業(yè)、環(huán)境保護(hù)和自然資源管理、地質(zhì)勘探和礦產(chǎn)資源開發(fā)、建筑工程和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、地震災(zāi)害監(jiān)測(cè)和防災(zāi)減災(zāi)等。

PCI-GXL系統(tǒng)可采用作業(yè)流的方式，將影像導(dǎo)入、控制點(diǎn)采集、正射、融合放入一個(gè)通用處理流程模塊，它的優(yōu)勢(shì)就在于通過(guò)加速地圖繪制和渲染過(guò)程，能夠提高地圖渲染速度。這對(duì)于需要處理大量地理數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)尤為重要，可大大提高應(yīng)用程序的響應(yīng)速度，優(yōu)化用戶體驗(yàn)，降低重復(fù)及耗時(shí)的操作，使處理結(jié)果更具連續(xù)性，減少勞動(dòng)力消耗，縮短產(chǎn)品的交付周期，并且PCI-GXL系統(tǒng)還能通過(guò)優(yōu)化硬件配置得到進(jìn)一步的提升。總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于需要海量遙感數(shù)據(jù)的水土流失遙感更新調(diào)查項(xiàng)目，PCI-GXL系統(tǒng)不僅能夠節(jié)省大量的財(cái)力物力，而且處理高效。

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第一作者： 趙敏（1986—），男，湖南邵東人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事水土保持、遙感應(yīng)用方面的工作。

通信作者： 任美玲（1995—），女，重慶忠縣人，學(xué)士，主要從事遙感應(yīng)用、水土保持方面的工作。E-mail： 2579921981@qq.com

（責(zé)任編輯 楊傲秋）

［引用格式］ 趙敏，刁品文，任美玲，等.PCI-GXL系統(tǒng)在水土流失遙感更新調(diào)查中的應(yīng)用[J].中國(guó)水土保持，2024（5）：39-41.