(河南省國土資源廳信息中心鄭州450016)
摘要:通過對高分辨率衛星遙感影像數據(SPOT5)處理和數據庫建設技術的研究和探索，制定了基於遙感影像的高分辨率影像數據處理和土地利用數據庫建設技術要求和基於1 ∶ 10000遙感影像的省級土地利用數據庫標準。制作了覆蓋河南全省的1 ∶ 1萬數字正射影像圖，建立了基於SPOT 5的GPS影像控制點圖形影像數據庫、高分辨率衛星影像數據庫和基於影像信息的河南省土地利用數據庫，為制作第二次全國土地利用調查基礎圖進行了有益的探索。
關鍵詞:國土資源衛星影像遙感數據庫影像控制點
0報價
隨著信息技術的快速發展，衛星遙感影像處理技術取得了突破性進展，高分辨率衛星影像在土地資源調查與評價、土地利用動態遙感監測、土地執法監察、土地變更調查和大比例尺地形圖測繪中的應用取得了顯著成效。
針對河南省高分辨率遙感影像數據處理和數據庫建設任務，項目組提出利用GPS野外靜態實測坐標作為影像數據校正的控制數據，制定了《基於遙感影像的高分辨率影像數據處理和土地利用數據庫建設技術要求》和《基於1 ∶ 1萬遙感影像的省級土地利用數據庫標準》。根據項目任務的要求，建立了適合河南省的基於遙感影像信息的土地利用分類系統。同時，通過項目的開展，制作了覆蓋河南省的數字正射影像圖(DOM)，建立了基於SPOT 5的河南省GPS影像控制點圖形影像數據庫，為制作第二次土地利用調查基礎圖進行了有益的探索。
1影像數據處理和數據庫建設的技術路線
(1)多源遙感信息。最佳波段組合的多光譜影像與高分辨率全色影像融合，產生具有高分辨率空間信息和豐富光譜信息的融合影像。
(2)2)GPS影像控制點、基礎圖(數據庫)和DEM的結合。根據實際情況，采用GPS影像控制點，同時利用1∶50000 DEM進行遙感影像的正射校正。
(3)人機交互和計算機自動提取相結合。基於人機交互解譯，提取土地分類信息。
(4)遙感解譯與地面調查相結合。對提取的地類地圖信息進行實地驗證，對室內不確定的地類地圖點進行實地調查。
GPS圖像控制點圖形圖像數據庫的建立
為了保證影像控制點的選取精度，首先根據影像控制點選取的技術要求，在每個場景中均勻選取25個影像控制點，並對影像控制點進行全場靜態測量。在MapGIS平臺下編輯影像控制點的屬性結構，建立GPS影像控制點的圖形影像數據庫，並將影像控制點的外業測量成果表以圖片的形式保存在屬性表中。如圖1所示。
圖1影像控制點圖形影像數據庫示意圖
2.1 GPS影像控制點的選擇
為保證影像控制點的外業測量精度，在選擇影像控制點時，點的分布要相對均勻，特征要明顯，交通要方便，數量要充足。影像控制點盡量選在全彩影像上，避免高壓線、大面積水域等幹擾因素。
為提高外業測量效率，將選定的待測影像控制點制作成“影像控制點外業測量成果表”，內容包括影像控制點數量、點位及放大示意圖、WGS84、1954京、1980安三套坐標及點位說明等
2.2 GPS影像控制點外業測量
影像控制點外業測量采用附線法，影像控制點平均間距約為13 km。影像控制點和C級GPS控制點組成GPS控制網。在GPS影像控制點的外業測量中，利用河南省C級GPS控制網獲得的三組數據(分別為WGS 84、1954北京坐標和1980 Xi安坐標)作為起始數據。根據全球定位系統(GPS)測量規範，采用三套GPS接收機以靜態方式進行同步觀測，觀測周期不小於45分鐘，衛星高度角。使用南方測繪軟件對測量數據進行基線計算、平差和高程擬合。最後，基於三組坐標系計算圖像控制點的三組數據和擬合高程。
2.3 GPS影像控制點圖形影像數據庫的建立
GPS影像控制點圖形影像數據庫以河南省1 ∶ 50萬地理底圖為工作底圖，輸入影像控制點的空間坐標，采集影像控制點的屬性和圖形信息，建立具有統壹數學基礎的影像控制點圖形影像文件。圖像控制點的圖形圖像信息不僅包括圖像控制點的地理坐標信息，還包括與待校正圖像相關的特征地物的紋理信息和分辨率信息。
3圖像數據處理
圖像數據處理包括衛星全色數據和多光譜數據的配準與融合、圖像數據的正射校正、正射影像的拼接與制作等。本項目使用的SPOT 5數據為世寶公司提供的1A數據，僅經過探測器均衡處理。為了組合多種數據，制作正射影像圖，需要對正射影像進行校正，建立地理坐標。圖像數據處理的技術流程如圖2所示。
圖2圖像數據處理的技術流程
3.1圖像配準
本項目使用的單景多光譜數據和全色數據同步接收，其圖形具有良好的幾何相關性。多光譜數據和全色數據的配準難度大，精度不高，因此采用相對配準法。SPOT 5多光譜數據的波段組合采用XS2(紅色)、XS3(綠色)、XS1(藍色)形式，影像重采樣間隔為2.5 m，重采樣方法采用雙線性插值。以場景為配準單元，以SPOT 5全色數據為配準依據，均勻選取配準控制點，對於接收側視角大、地形起伏對配準影響嚴重的區域，相應增加控制點密度，使SPOT 5多光譜數據與其精確配準，並在配準的全色和多光譜數據上隨機選取同名點進行檢查，保證數據的配準精度。
3.2圖像融合
在圖像融合中，采用最基本的乘積合並算法直接合成兩種空間分辨率的遙感數據。融合後，通過直方圖調整、USM銳化、色彩平衡、色度飽和度調整和對比度增強，使整幅圖像色彩均勻、適中、清晰，增強了專題信息，尤其是紋理信息。
3.3影像正射糾正
影像正射校正采用ERDAS的LPS正射校正模塊，使用SPOT 5物理模型。每個場景中的二十五個圖像控制點均勻分布在整個場景圖像中，相鄰場景的重疊區域有兩個以上的* * *點。正射糾正以實測點和1∶50000 DEM為基礎，融合數據以場景為單位進行正射糾正，采樣間隔為2.5 m..
3.4圖像拼接
圖像拼接采用ERDAS的LPS正投影模塊中的批處理模塊，相鄰兩幅圖像采集了兩個以上的點，大大提高了圖像拼接的精度。為了驗證鑲嵌精度，在壹個縣(市、區)的鑲嵌區域隨機選取25個以上的檢查點，檢查鑲嵌精度。
3.5數字正射影像地圖制作
數字正射影像圖(DOM)是利用Image Info工具制作的，按照1 ∶ 1萬的標準進行切割，覆蓋完整的縣級行政區域。根據《高分辨率影像數據處理與數據庫建設技術要求》，利用MapGIS數據庫平臺，根據北京坐標系1954和國家高程基準1985，完成了1 ∶ 1萬標準圖幅。
4創新成果
在順利完成項目任務的前提下，項目組結合項目進度和土地管理需要，創造性地開展工作。總結項目進展和成果，創新成果主要體現在:
利用(1)影像糾正控制點GPS場的實測數據作為影像糾正控制數據，改變了傳統的利用地形圖和土地利用現狀圖(數據庫)作為控制數據的方式，大大提高了影像糾正精度，節省了工程投資。
覆蓋河南省1∶1萬標準地形圖，僅有5600多幅地形圖。在征求該部課題組同意的前提下，項目組提出了利用GPS外業測量控制點作為影像糾正控制數據的設想。基於這壹思路，項目組進行了壹系列的研究和論證，制定了GPS外業測量的技術要求，為每幅覆蓋全省範圍相對均勻的SPOT 5衛星影像選擇了25個控制點，原則是相鄰場景不少於2個控制點。全省共選取1421影像改正控制點和94個GPS大地控制C級點。根據影像資料接收時間和工程進展情況，將* *劃分為13測區，采用附線法對所有控制點進行靜態測量，分別計算出各控制點和檢查點的WGS84、1954北京、1980 Xi安三套坐標。
(2)河南省影像控制點圖形影像數據庫的建立，為今後河南省土地利用遙感監測和衛片執法監管提供了技術支持。
為了將外業測量成果長期保存，以備將來使用，項目組以河南省1 ∶ 50萬地理底圖為基礎，在MapGIS平臺上建立了GPS影像控制點圖形影像數據庫。GPS影像控制點圖形影像數據庫的建立，不僅滿足了SPOT 5_2.5 m高分辨率衛星影像的改正精度要求，而且為今後河南省土地利用遙感監測、衛星照片執法檢查和礦山環境監測奠定了基礎。
(3)探索高分辨率影像數據的大面積全局正射校正和鑲嵌處理技術，有利於影像數據批量處理技術的普及。
由於本次試點項目影像處理範圍廣、工作量大，項目組在保證影像糾正精度的前提下，探索使用了專業遙感影像處理軟件ERDAS的LPS模塊提供的大面積整體正射糾正和影像拼接處理功能，取得了良好的應用效果。
鑒於本次試點項目使用的影像數據均為同步接收的SPOT 5多光譜和全色數據，且其圖形的幾何相關性較好，多光譜數據和全色數據的配準難度大、精度高，因此，影像數據處理采用先單景融合，再大面積正射糾正，最後大面積鑲嵌配準的技術流程。
正射影像糾正采用ERDAS的LPS批量正射模塊。采用SPOT 5的物理模型進行校正，控制點均勻分布在整個場景圖像中，每個場景有25個控制點，相鄰圖像的重疊區域有2 * * *個以上的點。正射影像校正以河南省GPS實測控制點和預處理後的1 ∶ 5萬DEM為基礎，以2.5 m的采樣間隔分批校正SPOT 5融合數據..圖像拼接采用ERDAS的LPS批處理模塊。由於每個相鄰場景圖像都采集了兩個以上的* * *點，因此圖像拼接精度大大提高。
(4)基於遙感影像信息的土地利用分類標準體系的建立，為國家和省級快速掌握和提取土地利用變化信息做出了有益的探索。
根據課題組的要求和國家、省土地管理的需要，項目組經過充分研究和論證，制定了適合河南實際的基於遙感影像信息的土地利用分類標準，滿足了“高分辨率影像數據處理與數據庫建設”試點項目的需要。在該標準中，土地利用類型分為三類:農用地、建設用地和未利用地。耕地、園地、其他農用地、城市用地、城鎮用地、農村居民點用地、鐵路用地、公路用地、其他建設用地和未利用地為10二級類別。此外，根據個別土地類型的特點，將公路林帶、農業水利用地、水利設施用地、未利用水面、黃河灘地等五個三級類別分別劃分為農用地、建設用地、未利用地。
(5)基於遙感影像的土地利用數據庫建設，為國家和省級土地宏觀管理提供了強大的土地利用電子數據，為我國開展類似工作提供了技術基礎。
考慮到國家和省級土地宏觀管理的需要，根據項目制定的“基於遙感影像的土地利用分類系統”，結合中國土地總公司MapGIS土地利用數據庫管理系統的框架，項目組基於MapGIS數據庫管理系統平臺，分別制定了《高分辨率影像數據處理和數據庫建設技術要求》和《基於1 ∶ 1萬遙感影像的土地利用數據庫標準》，在標準中明確了基於遙感影像的土地分類、文件命名規則、數據分層格式和要求，確保了數據標準和數據格式的壹致性以及數據庫建設的質量，為全國和全省提供了準確的土地利用現狀數據。
5結論
隨著遙感技術和計算機技術的快速發展，高分辨率遙感影像數據在土地管理中的應用越來越普遍。與此同時，遙感影像數據處理的技術手段也越來越科學和先進，特別是隨著第二次全國土地調查的全面開展，遙感影像在土地管理中的應用被推向了壹個前所未有的高度。因此，在圖像數據處理過程中，盡可能減少人力和財力的投入就顯得尤為重要。為了解決上述問題，在科研生產過程中，本項目提出了采用GPS外業測量控制點作為影像糾正控制數據，建立GPS影像控制點圖形影像數據數據庫，以及基於遙感影像信息的土地利用數據庫標準，並根據國家和省土地管理的需要進行了很好的解譯，為今後類似工作進行了有益的探索。
參加考試，貢獻力量
常慶瑞等，2004。遙感技術概論[M]。北京:科學出版社。
陳，等。遙感信息機制研究[M].北京:科學出版社。
當·榮安等人，2003年。ERDAS成像遙感圖像處理方法[M].北京:清華大學出版社。
唐國安等，2004。遙感數字圖像處理[M]。北京:科學出版社。
許道。1988.正投影技術與影像地圖[M]。北京:測繪出版社。
尤淑珠，劉順喜。2002.GPS在土地變更調查中的應用[J].測繪通報(5): 1 ~ 3
張繼賢等2000。圖形圖像控制點數據庫及其應用[J].測繪通報(1)
(原載於《測繪通報》2008年第10期)