周曉樂(lè)，邵子玉

(遼寧省水土保持局，遼寧沈陽(yáng) 110003)

遼寧省于2006年開(kāi)始進(jìn)行全省第四次土壤侵蝕遙感普查和全省水利工程環(huán)境遙感普查，采用2005年6、7月和10、11月時(shí)相，以臺(tái)灣福衛(wèi)二號(hào)衛(wèi)星影像的多光譜8 m分辨率數(shù)據(jù)為底圖，以2 m全色影像和8 m多光譜彩色影像融合后的數(shù)據(jù)為參考，以“3S”集成技術(shù)為平臺(tái)，利用地理信息系統(tǒng)軟件，采取人機(jī)交互判讀的數(shù)字化作業(yè)方式，完成了全省土壤侵蝕、土地利用、水庫(kù)、河流、城鎮(zhèn)村屯、水田、旱田、林地等的解譯分析，為全省水土保持及水利工程建設(shè)提供了大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 福衛(wèi)二號(hào)衛(wèi)星介紹

福衛(wèi)二號(hào)衛(wèi)星是臺(tái)灣于2004年5月發(fā)射升空的空間信息探測(cè)衛(wèi)星，系地球同步軌道衛(wèi)星，距地面高度891 km，基本參數(shù)見(jiàn)表1。該衛(wèi)星本身自主控制，可以實(shí)現(xiàn)每天多次重復(fù)掃描，數(shù)據(jù)采集效率高。載有兩個(gè)掃描傳感器，一個(gè)是拍攝全色(PAN波段，黑白)數(shù)據(jù)，另一個(gè)是拍攝彩色多光譜(MS)數(shù)據(jù)，能同時(shí)拍攝1個(gè)全色波段和4個(gè)多光譜波段，其中全色(黑白)分辨率為2 m，多光譜(彩色)分辨率為8 m。衛(wèi)星影像在采集后需要用遙感影像處理軟件進(jìn)行一系列的糾正處理才能達(dá)到應(yīng)用的級(jí)別，目前常用的遙感軟件主要有ERDAS、PCI、ENVI等。臺(tái)灣福衛(wèi)二號(hào)衛(wèi)星影像在大陸地區(qū)應(yīng)用得極少，通過(guò)一系列的處理，該衛(wèi)星影像可滿足水土流失普查、國(guó)土監(jiān)控、環(huán)境控制、災(zāi)害評(píng)估、土地利用和農(nóng)業(yè)規(guī)劃等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

表1 福衛(wèi)二號(hào)衛(wèi)星基本參數(shù)

2 遙感數(shù)據(jù)處理

2.1 軟件選擇

影像糾正我們選用的是PCI軟件。PCI軟件的10.0版本已經(jīng)將福衛(wèi)二號(hào)衛(wèi)星的軌道參數(shù)編入其中，這就大大減少了對(duì)原始影像輻射糾正的工作量，同時(shí)在操作上PCI 10.0的正射模塊糾正福衛(wèi)二號(hào)影像比較迅速。

2.2 糾正流程

本次衛(wèi)星影像糾正共包括6個(gè)步驟，分別是拼接地形圖并配準(zhǔn)地形圖坐標(biāo);參照拼接后的地形圖對(duì)2 m分辨率的全色影像進(jìn)行二維幾何糾正;參照DEM數(shù)字高程圖對(duì)已進(jìn)行二維幾何糾正的2 m分辨率全色影像進(jìn)行正射糾正;參照2 m分辨率的已進(jìn)行二維幾何糾正和正射糾正的全色影像對(duì)8 m分辨率多光譜影像進(jìn)行幾何糾正;對(duì)進(jìn)行上述步驟后的2 m分辨率全色影像和8 m分辨率多光譜影像進(jìn)行彩色融合;根據(jù)不同的使用需求對(duì)衛(wèi)星影像進(jìn)行局部增強(qiáng)和數(shù)字鑲嵌。

(1)拼接地形圖并配準(zhǔn)地形圖坐標(biāo)。此項(xiàng)工作主要目的是為了糾正地形圖在掃描過(guò)程中由褶皺產(chǎn)生的誤差。地形圖的拼接和配準(zhǔn)等工作所采用的軟件是北京吉威數(shù)源軟件開(kāi)發(fā)有限公司開(kāi)發(fā)的空間數(shù)據(jù)加工套件Geoway DRG。操作步驟是:①先將紙質(zhì)地形圖通過(guò)工程掃描儀輸入計(jì)算機(jī)，圖像格式可以是BMP格式，也可以是TIF的非壓縮格式或LZW壓縮格式，圖像顏色可以是2色、16色、256色或真彩色;②從文件菜單中打開(kāi)圖像文件，在加工菜單中輸入地圖信息，包括圖幅名稱、圖幅編號(hào)、掃描分辨率以及坐標(biāo)系統(tǒng)，并依據(jù)其配準(zhǔn)圖廓左下角，大致建立圖像與實(shí)際坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系;③選擇加工菜單中的自動(dòng)采集公里網(wǎng)格點(diǎn)，按照加工設(shè)置中的控制點(diǎn)采集間距自動(dòng)采集公里網(wǎng)格點(diǎn)以及與圖廓線的交點(diǎn);④采集完所有控制點(diǎn)后，選擇加工菜單中的精度評(píng)估，可以得到各控制點(diǎn)的殘差以及均方差;⑤系統(tǒng)按誤差大小對(duì)控制點(diǎn)排序，并定位到原圖上，可手工對(duì)誤差較大的控制點(diǎn)進(jìn)行編輯或刪除;⑥選擇加工菜單中的分格網(wǎng)精糾正，對(duì)控制點(diǎn)構(gòu)建三角形并進(jìn)行分格網(wǎng)精糾正，在加工設(shè)置中可以選擇糾正圖采用原圖分辨率，也可以自定義地面分辨率或像素分辨率;⑦從文件菜單中選擇另存格式為*.tif或*.bmp，保存糾正后的圖像文件。

在地形圖糾正完成后選擇圖像中的圖幅拼接，進(jìn)行地形圖的拼接。地形圖拼接的目的是讓地形圖的圖幅大于并包含對(duì)應(yīng)位置的衛(wèi)片，便于下一步的幾何糾正操作。遼寧省1∶5萬(wàn)地形圖共480幅，糾正拼接地形圖是糾正衛(wèi)片的基礎(chǔ)，地形圖糾正質(zhì)量的好壞與以后解譯衛(wèi)片的精度高低有直接的關(guān)系。

(2)參照拼接后的地形圖對(duì)2 m分辨率的全色影像進(jìn)行二維幾何精糾正。福衛(wèi)二號(hào)衛(wèi)星影像的原始數(shù)據(jù)為T(mén)IF格式，頭文件為DIM格式，可用寫(xiě)字板或記事本直接讀取。在幾何糾正前須先讀取頭文件信息進(jìn)行系統(tǒng)輻射糾正，PCI軟件已經(jīng)將衛(wèi)星的軌道信息載入其中，所以系統(tǒng)輻射糾正過(guò)程很簡(jiǎn)單，用PCI 10.0的Ortho engine模塊調(diào)出影像，系統(tǒng)即可自動(dòng)完成輻射糾正的步驟。

輻射糾正完成后，應(yīng)用GCP WORK模塊進(jìn)行二維幾何精糾正。步驟是:①先調(diào)入待校正的目標(biāo)影像和拼接后的地形圖;②進(jìn)行控制點(diǎn)的采集，在采集控制點(diǎn)的過(guò)程中要注意控制點(diǎn)在整幅圖中分布均勻，各種高程區(qū)域內(nèi)都要有控制點(diǎn)，對(duì)于每景面積24 km×24 km的福衛(wèi)二號(hào)衛(wèi)星影像，采集20個(gè)控制點(diǎn)就可以滿足糾正需要;③糾正后將控制點(diǎn)存儲(chǔ)為T(mén)XT格式，便于以后調(diào)用。

(3)參照DEM數(shù)字高程圖對(duì)已進(jìn)行二維幾何糾正的2 m分辨率全色影像進(jìn)行正射糾正。將每景衛(wèi)片對(duì)應(yīng)的DEM圖拼接成比衛(wèi)片稍大的小塊，利用PCI 10.0提供的正射糾正模塊，依次調(diào)入需正射影像、DEM圖、TXT格式的糾正點(diǎn)文件。采用的投影系統(tǒng)為Gauss－Krueger投影，坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS－84，正射糾正后的圖像具有高精度的地理坐標(biāo)，并且地物幾何信息紋理清晰，可直接進(jìn)行解譯。

(4)參照2 m分辨率的已進(jìn)行二維幾何糾正和正射糾正的全色影像對(duì)8 m分辨率多光譜影像進(jìn)行幾何糾正。依據(jù)2 m分辨率正射糾正全色影像對(duì)8 m分辨率多光譜影像進(jìn)行幾何糾正，目的是使多光譜影像具有和全色影像相同的坐標(biāo)系統(tǒng)和投影系，便于融合，也可以單獨(dú)作為影像進(jìn)行解譯。糾正方法與幾何糾正2 m分辨率全色影像的方法相同，只是參考數(shù)據(jù)由原來(lái)的地形圖改為2 m分辨率全色影像。

(5)對(duì)進(jìn)行上述步驟后的2 m分辨率全色影像和8 m分辨率多光譜影像進(jìn)行融合。福衛(wèi)二號(hào)的8 m分辨率影像與2 m分辨率影像彩色融合效果較好。采用的融合工具是PCI 10.0提供的PAN SHARPENING算法。影像融合可以使衛(wèi)星影像既具有2 m分辨率全色影像的清晰度又具有8 m分辨率多光譜影像的色彩，多用于解譯城市地形。

(6)根據(jù)不同的使用需求對(duì)衛(wèi)星影像進(jìn)行局部增強(qiáng)和數(shù)字鑲嵌。以行政區(qū)或小流域?yàn)閱卧獙?duì)衛(wèi)片數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯分析。福衛(wèi)二號(hào)衛(wèi)片數(shù)據(jù)每景規(guī)格為24 km×24 km，每一景不一定就正好包含一個(gè)行政區(qū)域或者小流域，所以應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)字鑲嵌拼接或按一定規(guī)格切割，以方便衛(wèi)片解譯分析。鑲嵌采用 Ortho engine模塊下的mosaic only工具，切割利用FOCUS模塊下的clipsub setting工具。

3 應(yīng)用成果

經(jīng)過(guò)鑲嵌切割后的衛(wèi)片就可以進(jìn)行進(jìn)一步的解譯了，主要采取人機(jī)交互判讀的數(shù)字化作業(yè)方式，在計(jì)算機(jī)上直接繪制土壤侵蝕圖斑界線，并根據(jù)水利部《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》界定圖斑的侵蝕強(qiáng)度和侵蝕類型，形成數(shù)字化的土壤侵蝕圖層及相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。經(jīng)過(guò)GIS地學(xué)演算，以及全省300多個(gè)野外GPS定點(diǎn)校驗(yàn)，最終形成了全省及各市、縣、流域水系、河流流域、小流域、水庫(kù)上游以及不同地類等各個(gè)管理層面的土壤侵蝕分布信息。目前該項(xiàng)目已通過(guò)驗(yàn)收，并發(fā)布了《遼寧省第四次土壤侵蝕遙感普查成果公報(bào)》。

4 結(jié)語(yǔ)

后期對(duì)糾正后的福衛(wèi)二號(hào)衛(wèi)星影像的一系列應(yīng)用實(shí)踐表明，衛(wèi)星影像能夠達(dá)到預(yù)期效果，能夠滿足遼寧省對(duì)水土流失程度和水利基礎(chǔ)設(shè)施遙感普查的要求。在實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，該影像在影像處理和糾正過(guò)程中有許多需要注意的問(wèn)題:①由于軌道設(shè)計(jì)問(wèn)題，遼寧西部即東經(jīng)120°以西地區(qū)側(cè)傾角接近45°，)地物的傾斜度較大，經(jīng)過(guò)正射糾正能有所改觀，解譯判讀時(shí)需要仔細(xì)校勘;②此次糾正數(shù)據(jù)量極大，需要能處理海量數(shù)據(jù)的圖形工作站及存儲(chǔ)器支持;③福衛(wèi)二號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接受順暢，衛(wèi)片質(zhì)量良好，但能為其提供糾正模型的軟件并不多，如使用ERDAS、ENVI等軟件在糾正過(guò)程中需要輸入軌道參數(shù);④由于遼寧省此次所用的數(shù)據(jù)為2005年6、7月和10、11月時(shí)相，跨夏秋兩季，植被生長(zhǎng)狀況及土壤含水量變化較大，導(dǎo)致圖像色彩差別明顯，即使利用PCI軟件的colors balance工具也不能將色彩調(diào)成一致，這樣在判讀時(shí)就需要根據(jù)時(shí)相建立不同的解譯標(biāo)志。