焦红波，王平，金继业，姜伟男，侯晨

（国家海洋信息中心，天津 300171）

基于SPOT-5进行中国海岛海岸带1:5万基础地理数据更新

焦红波，王平，金继业，姜伟男，侯晨

（国家海洋信息中心，天津 300171）

应用SPOT-5卫星遥感资料，对中国海岛海岸带区域1:5万基础地理数据中的交通运输线、水系、居民地面和海岸线四类要素进行了更新研究和实践工作，详细编制了更新的工作流程、作业方法、技术要点、质量控制和检查验收的内容与流程，使数据的现势性达到了 2004～2006年，为中国近海海洋规划和工程项目实施提供了现势性强的基础资料，也为基础地理数据的更新工作进行了有益的实践，积累了工作经验。

基础地理数据；更新；海岛海岸带；SPOT-5；遥感

地理空间数据是地理信息系统（GIS）的“血液”[1]，中国系列比例尺基础地理数据库的建成为各类 GIS应用工程提供了多比例尺的地理空间数据，在国民经济建设和社会发展及国家信息化进程中，发挥着重要的数字化框架作用[2]。由于国民经济建设不断发展，尤其是沿海地区，改革开放以来城市建设和围填海工程快速发展，地形地物要素不断变化，基础地理数据的现势性直接制约着其使用价值和适用范围。随着基础地理数据“原始积累”的逐步完成和共享应用，其现势性问题已成为广大用户关注的热点问题[3]。由国家科技部基础司组织完成的“国家科技基础数据库建设与发展的研究报告”指出：“持续更新和业务化运行是一个科学数据库存在的根本。目前许多科技数据库是按项目方式一次性建成的，缺乏持续的数据来源或有效的数据更新机制，很容易变成死库或逐步地失去应用价值”[4]。

传统的基础地理空间数据更新工作主要采用阶段性更新方法，每4～5年一个周期，通过大量的野外测绘工作进行修测和补测，这种方式不能满足数据现势性的要求[5]。遥感技术具有覆盖范围广，资料获取周期短等优点，尤其是近年来遥感资料的空间分辨率逐渐提高，为基础地理空间数据的建设更新提供了很好的数据源。国内外已开展了很多应用遥感资料进行地理空间数据建设更新的研究和实践工作。加拿大测绘署地形信息中心(Center forTopo. graphic Information) 2001年启动了一项利用Landsat-7正射影像更新1:5万地形数据的计划，计划今后每年使用Landsat-7影像等更新1 000幅以上地形图数据[6,7]；欧盟20世纪90年代中期支持英国伦敦的 University College、德国等大学开展了ARCH. ANGEL (Automatic Registration and CHANGE Location) 计划，旨在研究解决影像到地图的自动配准问题[8]；以色列专家提出了一种 GIS驱动的变化检测方法，将GIS数据与正射影像叠加，由计算机比较两个时刻的数据，提取变化信息[9]。在国内，桂木政利用SPOT-5卫星遥感影像对中国西部空白区1:5万地形图的生产工作进行了有益的探讨和实践，制定了相应的生产模式、工艺流程和技术指标[10]；胡旭伟等总结了利用SPOT-5（2.5 m）卫星影像更新1:10 000地形图的工艺方法，并成功地用于重庆市部分无航片山区的1：10 000地形图更新[11]；高崇民利用遥感与GIS技术，结合传统测绘手段，对浙江省1:10万基础地理信息进行了采集和更新，提高了工作效率和工作质量[12]。

本文以SPOT-5遥感资料为数据源，详细制定了1:5万基础地理信息采集更新的工作流程、作业方法、技术要点、质量控制和检查验收方法，重点对中国海岛海岸带区域1:5万基础地理数据进行了更新。

1 数据来源与数据处理

1.1 数据源

1:5万基础地理数据购自国家测绘局，资料包括DLG（数字线画图）、DEM（数字高程模型）、DRG（数字栅格图）三类产品，DLG部分要素层现势性最新为2002年；遥感资料选用SPOT-5，包括5 m的全色波段和10 m的多光谱波段，资料时相集中在2004－2006年。

1.2 数据处理

为了充分利用SPOT-5遥感资料5 m全色波段的纹理信息和10 m多光谱波段的色彩信息，需要进行图像融合处理；另外由于中国海岛海岸带部分地区存在较大的地形起伏，所以需要进行正射校正。

1.2.1 正射校正 首先根据全色影像全景或局部区域的地形特点，在影像均匀选取若干微分或多项式纠正所需控制点，基于物理模型对全色波段影像数据进行正射纠正，随机选取检查点，检查全色波段遥感影像的校正精度，检查点残差应不超过控制点中误差的根号 2倍；然后以纠正好的全色波段影像数据为参考，对相同作业区多光谱影像数据进行配准。

1.2.2 影像融合 遥感影像融合是对较高空间分辨率的全色影像与较低空间分辨率的多光谱影像采用一定算法生成一组新的合成图像的过程。这样做不仅使融合影像提高了空间分辨率，增强了影像的空间纹理信息，而且能保持影像光谱原始信息，不发生或尽可能少地发生信息失真，便于提取解译因子。本文选用了ERDAS9.2的主成分分析方法对影像进行融合处理。

1.2.3 调色与镶嵌 对融合后的影像按照红外、红光和绿光波段组合后进行伪真彩色调整，突出植被的绿色、水体的蓝色和居民地信息，然后对相邻影像进行镶嵌处理。

2 基础地理数据更新

2.1 更新内容及工作流程

1:5万基础地理数据库中的DEM（数字高程模型）和 DRG（数字栅格图）都可以由 DLG（数字线画图）派生得到，因此1:5万基础地理数据更新的核心是对DLG数据的更新。1:5万DLG数据要素可以分为两类，一是反映地表各种高低起伏形态的地貌要素，二是反映地面各种固定性物体情况的地物要素。前者除非受到大规模的人为破坏，在很长时间内不会有大的变化。后者与人类行为息息相关，随着科技进步和社会快速发展，变化越来越大，也越来越快，尤其在中国东部沿海地区更为突出。在中国海岛海岸带地区变化最快的要素有以下 4类：交通要素、居民地要素、水系要素、境界要素，本文选取交通运输线、居民地面、水系、海岸线四个要素层开展基于 SPOT-5遥感影像进行更新的研究和实践工作。

在完成遥感影像的正射校正、融合、调色和镶嵌工作后，对其进行投影转换，使其与基础地理数据具有相同的投影坐标信息，并在专业软件中叠合在一起；然后，基于遥感影像对基础地理数据进行更新操作，包括变化要素的修改，新地物的增加，以及删除消失的地物；对能确定属性信息的要素在采集更新完毕后随时更新，对不能确定属性信息的要素，之后通过其他数据源来确定更新，如最新出版的交通图和地形图等；海岸线需要参考最新公布的海岸线修测成果；最后通过系列的质量控制措施和检查验收工作完成1:5万基础地理数据的更新工作。具体的工作流程如图1所示：

2.2 作业方法与技术要点

图 1 1:5万基础地理数据更新工作流程图Fig. 1 Flow chart of updating 1:50,000 fundamental geographic spatial data

2.2.1 变化信息提取 以遥感影像为底图，叠加待更新的矢量要素图层，通过人机交互解译，从发现变化信息的图像中手工修改变化区域。解译的基本要素包括色调、大小、形状、纹理、结构、高度、阴影、组合结构和所处的地理位置等。人机交互解译最大的优点是灵活，并且由于加入了解译者的思维和判断，故信息提取结果精度相对较高。不过，人机交互解译要求解译者具有多方面的经验和知识，包括计算机操作、基本图像处理知识、专业知识、工作区地理地貌知识等。

①交通运输线只更新铁路、高速公路、国道、省道和县乡道，所有新建和在建铁路、高速公路和主要公路，选取长度大于5 km的表示。

②居民地主要更新居民地形状扩张部分及新增居民地。新建村镇以上等级居民地，面积大于250×250 m2要表示。

③水系对新增、改道的线、面水系及水系附属物进行更新，包括宽度大于20 m的河渠，面积大于250×250 m2的湖泊和水库等。其中面状水系呈自然形态，较易识别，而单线河流呈浅色调，容易与并行的交通运输线等混淆，较难识别，所以重点更新面状水系。

④海岸线需要更新的内容包括港口建设、围海种殖和养殖、海岸淤积和侵蚀、城市扩张等，对大陆岸线和海岛岸线分不同的文件来存储。由于影像成像瞬间的水陆分界线并不等同于平均大潮高潮线，所以应从遥感影像上提取平均大潮高潮的痕迹线。

2.2.2 更新要素属性信息的确定 对更新要素的属性信息进行确定是一项重要工作，这直接决定着已更新的数据是否可用。首先在进行变化信息提取的同时进行人工判读，分清哪些可以直接确定属性信息，哪些存在疑问，针对存有疑问的地方借助其他相关资料来解决，仍然无法解决的通过实地考察测量确定。

①交通运输线除了借助色彩和纹理信息外，还应该总结相关判读规律，如借助间隔分布的火车站来确定铁路，借助具有环形引桥结构的收费站来确定高速公路等。对无法确定的路名、道路等级等参照最新出版的交通图来解决。

②居民地分布范围与旧图相比一般都外扩了。借助图像色彩和纹理较容易进行更新，关键是对城镇区新增工业区、开发区和各种商业市场的判读，其与居民地在影像上的表现一致，可以借助构图内容、结构或其他辅助信息加以判别。例如当新增居民地中分布有管道和灌状物时可以判断为工业区；当新增居民地远离市区，具有规则厂房构物时可以判断为开发区；当海岸带有集装箱集中堆放且岸边有船舶停靠的为港口码头。但是详细属性信息的确定还需要借助最新的行政区划图和地形图等来确定。

③水系中的双线河和湖泊作为自然要素属性信息几乎没有变化，延续原有信息；新增水库要参照最新行政区划图或地形图来确定；另外，在中国海岛海岸带分布着大量的盐田和养殖区，首先从图像色彩和构图上进行区分，如有供氧机设施的为养殖区，而构图格网均匀分布，并伴有白色结晶的为盐田。无法确定的参照最新地形图来确定。

④海岸线的属性信息除了参照影像直接判读外，对存在疑问的地方可以最新修测的海岸线为标准。

2.2.3 拓扑重建 在完成变化信息提取与属性确定后，要对所有图层进行拓扑关系检查与重建，修改错误信息，保证图层内和图层间拓扑关系的正确，为将来的空间分析打好基础。

2.3 质量控制与检查验收 为保证更新数据的质量，实行了三级校对制度。首先，技术人员对数据进行更新，完成后技术人员之间进行相互校对，修改完互校发现的错误后交由经验丰富的专业人员进行二次校对，二次校对的错误修改完之后按1:1比例打印样稿，由专业人员进行终校。对空间数据的质量控制和检查校对工作主要从空间精度、属性精度以及时间精度等方面进行。

①空间精度主要从位置精度、数学基础、影像匹配以及数字化误差、数据完整性、逻辑一致性、要素关系处理、接边等方面加以检查评价。数据完整性主要检查分层的完整性、实体类型的完整性，属性数据的完整性及注记的完整性等。逻辑一致性检查评价包括检查点、线、面要素拓扑关系的建立是否有错，面状要素是否封闭，一个面状要素有不止一个标识点或有遗漏标识点，线划相交情况是否被错误打断，有无重复输入两次的线划，是否出现悬挂结点，以及其它错误的检查。要素关系处理检查评价内容包括确保重要要素之间关系正确并忠实于原图，层与层间不得出现整体平移，境界与线状地物，公路与居民地内的街道以及与其他道路的连接关系是否正确。严格按照数据采集的技术要求处理各种地物关系。

②按照技术规定对采集的元素属性进行检查，看属性值是否漏赋或赋值错误，即检查各项要素所赋的各类属性的正确性。如水系层的检查：把主要类型的双线河、湖泊等以不同颜色和符号填充多边形并配以图例表示。把属性标注在图上，对照原图对多边形逐个进行核对、检查其各项属性是否赋错，逐层检查各要素注记的正确性。

③通过查看元数据文件，了解现有原图及更新资料的测量或更新年代，再根据预处理图检查核对各地物更新情况。将影像与更新矢量图叠加，详细检查是否更新，更新地物的判读精度，对地物判读的位置精度、面积精度及误判、错判情况作出评价。

3 结 论

经过更新，1:5万基础地理数据中交通运输线、居民地面、水系、海岸线等要素的现势性达到了2005年左右，很大程度上满足了近海海洋规划和工程项目的需求。

应用最新的遥感、GIS和GPS技术，探索了一条切实可行的基础地理数据更新技术路线，提高了工作效率和数据质量。

用遥感数据进行变化信息更新时，由于影像空间分辨率及解译误差的影响，对图中的独立地物和单线表达的低等级沟渠等细节信息无法从影像上获得更新，从而使数据成果精度及内容详细程度不可能完全达到现行1:5万地形图的精度要求，还需要借助其他技术手段来进行完善。

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Updating 1:50,000 fundamental geographic data of Chinese islands and coastal regions based on SPOT-5 satellite image

JIAO Hong-bo, WANG Ping, JIN Ji-ye, JIANG Wei-nan, HOU Chen

(National Marine Data & Information Service, Tianjin 300171, China)

Using SPOT-5 satellite remote sensing data, in the Chinese islands and coastal regions 1:50,000 fundamental geographic data, of communications and transport lines, water system, residents on the ground and the coastline have been updated. We wrote the updated work process, operational methods, technical issues, the content and processes of quality control inspection, so that the current trend of the data has reached 2005～2006. It provides basic geographic data for Chinese offshore marine planning and project implementation; moreover, it is a useful practice for the basic geographic data’s updating work.

fundamental geographic data; update; island and coastal region; SPOT-5; remote sensing

A

1001-6932(2010)05-0488-05

2009-11-24；

2009-12-21

焦红波 ( 1978－ )，男，山东德州人，工程师，硕士，主要从事海洋遥感研究。电子邮箱：hbjiao@mail.nmdis.gov.cn