周利利

中图分类号：P23

摘要：随着经济的快速发展，各行各业用图的需求量增大，特别是天地图网站更新及地理国情监测的需要，均要求快速更新地形图及相关产品，但基础比例尺地形图使用传统的航空摄影测量的工作程序更新速度慢，不能为用图者（单位）提供最新的地形图，满足不了工程设计和建设的需求。现在高分辨率遥感影像不仅具备更新速度快，覆盖范围广的特点，同时还具备了强大的几何量测能力，能表现详细的地物地貌，能够满足1：10000地形图地物识别和提取要求。本文就利用高分辨率卫星遥感影像进行1：10000地形图快速更新进行实验，为以后的生产提出合理的建议。

关键词：高分辨率遥感影像;地形图; 数字线划图（DLG）; 正射影像（DOM）;微分纠正; 地形图修测

Technology employed in updating the topographic map on the scalewith high-resolution remote sensing image

lili zhou

(Department of civil engineering, Anhui University of Architecture Industry, Hefei, Anhui, 230601)

Abstract: The basic scale topographic map can not be updated in time. In particular, to respond to the need of geographic national conditions monitoring and the need of updating the tianditu website, a national geographic information service website, topographies and the related products have to be updated fast. Consequently, it is failing to meet the growing demand of construction and project. The high-resolution remote sensing image has several distinctive features. It is able to cover a large area and provide a detailed picture of landscape. Powerful in geometric measurement, it makes target recognition and extraction possible on a 1:10000 topographic map. In addition, it can be updated fast. This paper reports the experiment that updates the 1:10000 topographic maps with high-resolution satellite remote sensing images. The appropriate suggestions for the application of it are discussed as well.

Key words:high-resolution remote sensing image, topographic map, DLG, DOM, differential rectification, topographic map revision

1概述

过去由于遥感影像几何量测能力的不足,在基础测绘生产中应用范围较小,用于国家基本比例尺地图生产的影像源主要是航空影像，但对于地形制图而言,最重要的是要求影像具有优越的几何量测能力，从而保证在空间定位上的高精度性,在这一点上,过去的中低分辨率遥感影像相比于航空影像就显得大为逊色。当前,高分辨率遥感的兴起, 其不仅具备更新速度快，覆盖范围广的特点，同时还具备了强大的几何量测能力，能表现详细的地物地貌，能够满足1：10000地形图地物识别和提取要求，为测绘生产的数据源选择提供了新的可能。

2高分辨率遥感影像的特点

高分辨率遥感系统诸如IKONOS,ERS ,QuickBird，Geo-eye已经商业化运行,这些遥感系统不仅保持了过去中低分辨率遥感影像所具有的高光谱分辨率、大覆盖范围、运行周期长等优点,更重要的是它们具备了强大的几何量测能力。能够通过轨道内或是轨道间成像的方式获得立体像对,进而获得地面目标的3维空间位置信息。遥感影像相对于航空影像在许多方面有着极大的优越性：

⑴可以快速地获取影像,无需专门的飞行计划和航空管制。

⑵在卫星长达几年的生命周期里(这个周期还可通过发射继发卫星进一步延长) ,可以重复获取全球各地大量影像。

⑶地面覆盖范围大。

⑷影像的光谱信息丰富。

高分辨率遥感影像由于其较高的空间分辨率,在影像上表现了详细的地物信息,根據国外研究者(David Holland ,Paul Marshall ,2002) 的研究报告,米级的高分辨率遥感影像基本满足1 ∶10 000 到1∶50 000比例尺制图的特征地物识别和提取要求。存在的问题主要是狭长的线性地物的提取上,例如电力线、围墙等,这些地物在目前的米级分辨率遥感影像上是难以确认的。

3高分辨率遥感影像应用于1：10000地形图的快速更新实验

3.1实验介绍

本实验测区采用的影像是全色0.5米分辨率的Geo-eye产品，其全景覆盖范围约为10.1×10.1平方公里，其中包含用以进行后续几何纠正的辅助数据，而且高分辨率影像（0.41米）和低分辨率影像（4米）的纠正辅助数据不一致。本次数据采用的地图投影参数椭球体为IAG75椭球，平面坐标采用1980西安坐标系，按3°分带的平面直角坐标系统，中央子午线117°，采用1985国家高程基准，同时根据软件需求设置参考椭球及相关参数。数字高程模型（DEM)采用安徽省测绘档案馆存的1:10000 DEM数据，纠正软件采用北京吉威数源信息技术有限公司的遥感影像制作软件 GEOWAY ImageStation 。

3.2数字影像的纠正

遥感影像的广泛应用，其关键和基础的工作是数字正射影像图的制作。制作数字正射影像图必须先获取数字正射影像，数字正射影像是通过数字纠正的方法获得的，它的原理是根据有关参数与数字地面模型，利用相应的构像方程，或按一定的数学模型用控制点解算，从原始非正射投影数字影像获取正射影像，即在影像所摄区域选取一些地面控制点，利用该影像范围内的DEM数据，对影像同时进行倾斜改正和投影差改正，生成正射影像，然后将多个正射影像拼接镶嵌在一起，并进行色彩平衡处理后，按照一定范围裁切出来的影像就是正射影像图。

地面控制点GCP来源可通过以下3种不同方式获得：①利用外业采集控制点方式进行影像正射纠正。②利用已有同比例尺新老影像的同名点获取控制点进行正射纠正。③利用测区1:10000 DLG等数字产品获取控制点进行正射纠正。其方法是在影像上选择相对较清晰的地物点或道路交叉口等明显点，然后在相对应的DLG上读取该点坐标。本次实验的地面控制点（GCP）采用2004年合铜1:10000测区内业加密成果和部分外业像控点成果，该实验范围内可用加密点及像控点共21个，分别对高、低分辨率波段利用二次多项式进行微分纠正，21个点全部采用时,平面中误差分别272.820米和271.061米，而且在点位分布密集处发生影像扭曲变形的现象。如将部分点的类型转换为检查点且使点位均匀分布，当采用9个GCP对低分辨率波段影像进行微分纠正时，精度估算平面中误差为4.217米（1个像素左右），对高分辨率影像进行微分纠正时采用了均匀分布的10个GCP和7个GCP时其精度估算结果分别为：x方向中误差1.300米、y方向中误差0.419米、平面中误差1.366米（4个像素左右）；x方向中误差0.700米、y方向中误差0.244米、平面中误差0.741米（1.5个像素左右）。以上精度的改变基本上是由于加密点点位不能准确定位和在卫片上不能准确判读的像控点不作为地面控制点参与纠正计算。具体与DLG套合后影像见（图1），地物点精度符合1:10000地形图更新的技术要求

同时本测区存有2011年初用于土地利用现状动态监测的高分辨率遥感影像，其纠正方法是采用已有同比例尺新老影像的同名点获取控制点进行正射纠正。该正射影像图与DLG套合后地物与对应的影像相差加大，多处实地距离大于10米，不能满足1：10000地形图更新的精度要求，具体情况见以下图2和图3。

3.3地形图外业快速更新

将原有DLG与DOM套合后进行野外调绘，当矢量要素与其同名影像位置的套合误差在某些部位超限时，应以DOM为准，对矢量要素的相关位置进行修正；在DLG与DOM套合的基础上，对需要更新的要素以DOM为背景进行内业图形采集，保证采集的位置精度，并注意要素的完整性与逻辑一致性，更新部分与未更新部分应合理衔接，与相关要素要保持关系协调，同时根据收集的参考资料赋代码、属性。高程修测只在建成区的道路交叉口、比较大的建成区内部、变化的主要道路（铁路、县级以上公路）、主要堤坝等地方适当修测高程点；考虑到以后修测的需要，外业修测的高程点以新层注记到DLG图上。如下图4，可直接根据影像进行内业屏幕数字化更新、外业调绘及高程点施测标注。

3.4实验结论

通过本景实验可知，控制点数量与分布和几何精纠正精度存在一定的关系，在具体应用中应依据技术要求在保证精度的前提下选择合适的控制点数量，控制点并非越多越好，控制点太少，会造成控制不全面，出现局部误差偏大，控制点太密，会造成影像局部扭曲。在选点过程中，应尽量选在明显地物点和可靠点位，对于难以明确点位处，最好不选点，以减少误差的产生；点应选在易于分辨而且目标较小的特征点，利于目测判读，譬如道路交叉点、桥梁及河流分叉点等。尽量不要选在双线路上，同时也要关注小路的不准确性。为提高纠正精度，建议如果条件允许，尽量采用内业在影像上选取易目测判读像控点，而且保证像控点分布均匀，每景均匀布设像控点16个左右，4个检查点，然后外业实测点位坐标和像片刺点及点位说明，尽量避免使用内业加密产生的不利于目测判读的加密点。这样高分辨率遥感影像可以成为基本比例尺地图制图的重要影像源，可以用于1∶10 000 比例尺制图生產，能在一定程度上能减少基础测绘生产对于航空影像的依赖。

4结束语

摄影测量与遥感技术正全面升级。2011年我国首颗高分辨率民用立体测图卫星资源三号已经发射,为我国测绘发展提供更加丰富的地理信息资源。对于高分辨率遥感影像而言,更加严格的摄影测量模型将用来获取愈加精确的地物空间位置信息,同时,结合其特有的重复获取性、全球覆盖性、高光谱分辨力、高辐射分辨力以及基于互联网的快速获取和传输能力,必将给传统的测绘生产带来巨大的变革。航天遥感完全能够取代传统的航空摄影测量成为地形图更新的主要方法。

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。