(福建省制圖院,福建 福州 350003)
第三次全國國土調(diào)查是重大的國情國力調(diào)查。國土調(diào)查數(shù)據(jù)是自然資源管理的基石,也是農(nóng)林水利、城鄉(xiāng)規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)等各領(lǐng)域發(fā)展和管理的重要基礎(chǔ)[1]。數(shù)字正射影像圖是“三調(diào)”主要的數(shù)據(jù)源,同時(shí)也是成果的重要組成部分。此次“三調(diào)”正射影像生產(chǎn)充分利用地理國情普查、農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)、數(shù)字城市等已有的資料,采用新獲取的以國產(chǎn)衛(wèi)星為主的優(yōu)于1 m分辨率的遙感影像,快速生產(chǎn)分辨率優(yōu)于1 m、幾何精度達(dá)到1∶1萬比例尺要求的衛(wèi)星正射影像,為“三調(diào)”提供影像底圖。筆者以福建省廈門市等地“三調(diào)”正射影像生產(chǎn)為例,介紹“三調(diào)”正射影像的生產(chǎn)流程和技術(shù)方法,探討如何建立一套切合實(shí)際、高效的正射影像作業(yè)流程,以提高在遙感數(shù)據(jù)獲取處理方面的技術(shù)能力,為服務(wù)自然資源管理奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
生產(chǎn)區(qū)域涉及福建省廈門市、漳州市、龍巖市(試點(diǎn)翔安區(qū)、薌城區(qū)除外)共計(jì)22個(gè)縣(市、區(qū))。廈門市、漳州市位于福建東南部沿海,總面積約3.29萬km2,海域面積約2.25萬km2,沿海島礁500多個(gè);地形由北西向東南傾斜,主要地貌依次為中低山、丘陵、臺(tái)地、沖海積平原和灘涂。龍巖市位于閩西山區(qū),全市總面積1.9萬km2,山地、丘陵占總面積的94.83%;地勢(shì)由東北向西南傾斜,平均海拔460 m,最高海拔1 811 m[2-4]。
根據(jù)作業(yè)區(qū)域及技術(shù)要求,收集生產(chǎn)相關(guān)的基礎(chǔ)資料,主要包括DEM數(shù)據(jù)、參考控制資料、其他輔助影像等,同時(shí)接收國家分發(fā)的多源遙感影像。
(1)DEM數(shù)據(jù)。包括現(xiàn)勢(shì)性為2017年的1∶2 000比例尺DEM,地理國情普查1∶1萬比例尺DEM,以及2015年30 m分辨率的廈門漳州周邊海域ASTERGDEMV2全球DEM數(shù)據(jù)。
(2)控制資料。包括福建省基礎(chǔ)測(cè)繪1∶1萬衛(wèi)星正射影像,福建省農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)的1∶2 000航攝影像,2017年2月廈門市1∶5 000比例尺衛(wèi)星正射影像圖,以及2017年0.6m分辨率廈門漳州周邊海域谷歌影像。
(3)衛(wèi)星遙感影像主要有BJ2、GF2等分辨率優(yōu)于1 m的國產(chǎn)衛(wèi)星,GJ1、WV3/4等國外高分辨率衛(wèi)星。
正射影像生產(chǎn)技術(shù)路線及流程以原始衛(wèi)星影像、控制成果及DEM數(shù)據(jù)為基本資料,首先對(duì)全色影像進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差,然后對(duì)全色影像與多光譜影像進(jìn)行配準(zhǔn),之后對(duì)全色影像和多光譜影像進(jìn)行正射糾正和融合,最后對(duì)融合影像進(jìn)行波段計(jì)算、勻光勻色、鑲嵌成圖(見圖1)。
圖1 生產(chǎn)技術(shù)流程圖
(1)DEM數(shù)據(jù)處理。根據(jù)DEM數(shù)據(jù)的覆蓋范圍以及不同比例尺的高程精度,選擇更優(yōu)的參考資料參與生產(chǎn),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要裁切和拼接以滿足生產(chǎn)需要。對(duì)于未覆蓋區(qū)域采用公開下載的DEM數(shù)據(jù)補(bǔ)充。對(duì)于因原始影像側(cè)視角過大或者地形發(fā)生變化造成公路、橋梁、房屋等地物扭曲變形的區(qū)域要對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯處理。
(2)區(qū)域網(wǎng)平差。采用稀疏匹配和密集匹配相結(jié)合的方法進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算影像的外參數(shù)。對(duì)于區(qū)域網(wǎng)控制點(diǎn)稀疏或缺少的部分區(qū)域,需人工刺點(diǎn)采集增加其數(shù)量和密度以保證區(qū)域網(wǎng)的精度。初次平差后查看像方和物方平差報(bào)告,如存在粗差應(yīng)剔除,則需重新平差直到精度滿足技術(shù)要求。相鄰景之間影像自動(dòng)匹配連接點(diǎn)的處理方法同控制點(diǎn)。
(3)影像配準(zhǔn)。多光譜影像與全色影像的配準(zhǔn)以平差后的全色影像為控制基礎(chǔ),采用人機(jī)交互的方式,選取同名點(diǎn)對(duì)多光譜影像進(jìn)行幾何配準(zhǔn)。
(4)影像融合和糾正。在不破壞原有色調(diào)層次的基礎(chǔ)上對(duì)全色影像和多光譜影像進(jìn)行預(yù)處理,對(duì)全色波段和多光譜波段進(jìn)行糾正和融合,糾正方法采用雙線性采樣,融合方法采用Pansharpen方法完成。
(5)勻光勻色。只對(duì)分幅影像進(jìn)行圖像增強(qiáng),不對(duì)整景糾正成果進(jìn)行任何處理。在不影響圖像專題信息的前提下,增強(qiáng)整個(gè)圖像的清晰度,增強(qiáng)后的分幅影像色彩保持過渡自然。
(6)鑲嵌裁切。色彩均衡后的影像進(jìn)行鑲嵌拼接。鑲嵌線按照山脊、河流、道路等線狀地物走勢(shì)調(diào)整,使相鄰景之間過渡自然。個(gè)別景存在的云覆蓋和陰影,利用相鄰景重疊區(qū)域無云覆蓋及陰影的影像。縣域分幅影像成果根據(jù)分辨率不同分塊裁切,以縣級(jí)行政區(qū)為單位,相同分辨率影像鑲嵌為一個(gè)完整的影像文件。如果一個(gè)同分辨率鑲嵌影像面積<100 km2,縣域內(nèi)相鄰的不同分辨率影像重疊20 m??h域鑲嵌塊信息文件沒有外擴(kuò)。
(7)數(shù)據(jù)檢查。主要對(duì)以下7個(gè)內(nèi)容進(jìn)行檢查:① 數(shù)學(xué)基礎(chǔ);② 糾正分辨率;③ 影像是否有云霧、曝光過度等;④ 是否存在較大拉伸、變形、缺漏;⑤ 相鄰影像之間接邊誤差情況;⑥ 統(tǒng)計(jì)評(píng)估平面位置中誤差、接邊誤差情況;⑦ 元數(shù)據(jù)。
整理分析現(xiàn)有資料的現(xiàn)勢(shì)性和可用性,并進(jìn)行必要的篩選和處理。
(1)像控資料整理。主要有3個(gè)方面:①查驗(yàn)像控資料的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、覆蓋范圍、現(xiàn)勢(shì)性、接邊質(zhì)量、數(shù)據(jù)格式等,為快速瀏覽DEM文件,通過腳本程序完成非標(biāo)準(zhǔn)格式.grd文件向.asc文件的轉(zhuǎn)換;② 采用高精度參考DOM時(shí),建議將DOM顏色模式轉(zhuǎn)換為灰度影像,以減少其數(shù)據(jù)量從而提高生產(chǎn)效率;③ 對(duì)于不同精度組合使用處理時(shí),要注意接邊處質(zhì)量檢查。
(2)原始影像整理。由于影像類型多源,因此需要進(jìn)行預(yù)處理工作。如rpc文件標(biāo)準(zhǔn)化、世景衛(wèi)星影像拼接以及阿里郎衛(wèi)星影像波段拆分組合等,原始影像范圍要在像控資料覆蓋范圍內(nèi),確保原始影像邊緣糾正精度。如果原始影像范圍超出像控資料范圍,需要補(bǔ)全像控資料,可以通過下載獲取相對(duì)精度較高的數(shù)據(jù)作為控制數(shù)據(jù)參與生產(chǎn)。
原始影像可能存在云霧、噪聲、陰影、過度曝光等問題(見圖2)。對(duì)于原始影像存在噪點(diǎn)、云霧的情況,大部分可以用其他影像代替進(jìn)行修改。部分區(qū)域由于原始影像側(cè)視角偏大,導(dǎo)致地物存在陰影,比如建筑物、植被陰影,可通過Photoshop軟件選擇參照物適度調(diào)節(jié)陰影區(qū)域的亮度處理,但要保持地物的立體感和真實(shí)感。大量曝光過度的情況可通過Photoshop的色階工具調(diào)整圖像的亮度或采用色彩平衡的技術(shù)手段達(dá)到曝光抑制。
圖2 噪點(diǎn)、云霧、陰影、曝光過度圖
對(duì)于DEM現(xiàn)勢(shì)性差或原始影像造成公路、橋梁、房屋等扭曲變形(見圖3)的情況,處理方法是對(duì)DEM進(jìn)行修編,可通過選取變形區(qū)域附近的地面點(diǎn),取其平均高程值賦給變形處的地面,并做置平、平滑處理等[5]。
圖3 地物扭曲圖
原始影像側(cè)滾角度偏大或DEM時(shí)效性等原因造成地物拉伸(見圖4)。大片拉伸會(huì)影響影像判讀的區(qū)域,可通過編輯DEM(DEM內(nèi)插)進(jìn)行修改,影像拉伸變形修復(fù)盡量保持修補(bǔ)處色彩過渡自然,地物合理接邊無錯(cuò)位、重影和發(fā)虛現(xiàn)象,保證地物的完整性和合理性。
圖4 地物拉伸圖
編輯鑲嵌線(見圖5)時(shí)盡量沿線性地物邊緣或線性地物色彩差異不大的位置編輯,繞開人工地物、水體,山地區(qū)域,盡量沿地類邊界清晰處編輯。同時(shí)要注意云霧、陰影、噪點(diǎn)、曝光、變形拉花、接邊等問題的處理,保證質(zhì)優(yōu)影像置頂;注意鑲嵌線與界線、外擴(kuò)范圍線等的拓?fù)潢P(guān)系檢查和處理。
圖5 鑲嵌線編輯圖
質(zhì)量控制實(shí)行兩級(jí)檢查一級(jí)驗(yàn)收制度。一級(jí)檢查由福建省制圖院總工辦負(fù)責(zé),利用已有的資料數(shù)據(jù)對(duì)內(nèi)業(yè)進(jìn)行質(zhì)檢;二級(jí)檢查由福建省測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心負(fù)責(zé)(含外業(yè)精度檢測(cè));一級(jí)驗(yàn)收由國家測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心組織實(shí)施。另外,單位為了提升質(zhì)檢人員的技術(shù)水平,特邀請(qǐng)專家做影像質(zhì)量檢查技術(shù)培訓(xùn),還派人員到福建省測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心學(xué)習(xí)。項(xiàng)目實(shí)施中為加強(qiáng)對(duì)過程成果的質(zhì)量把控,將生產(chǎn)工序逐環(huán)節(jié)分解并制作質(zhì)量跟蹤卡,對(duì)生產(chǎn)過程中從數(shù)據(jù)準(zhǔn)備到國檢意見修改全過程的21個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量跟蹤到人,確保中間成果質(zhì)量100%合格。
福建省第三次全國國土調(diào)查正射影像生產(chǎn)成果前后分10批次提交,各批次檢查結(jié)果總體良好,各個(gè)批次過程檢查良好,質(zhì)量檢查和成果驗(yàn)收合格。
正射影像成果在福建省第三次全國國土調(diào)查工作起到良好的調(diào)查底圖支撐作用。此次在“三調(diào)”影像生產(chǎn)任務(wù)中建立了一套切合實(shí)際的正射影像作業(yè)流程,解決了在多源遙感影像生產(chǎn)過程中的諸多技術(shù)難題。在后續(xù)的影像生產(chǎn)工作中應(yīng)加強(qiáng)項(xiàng)目質(zhì)量追蹤制度的落實(shí),有效追蹤和把控各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量,從而形成一套完善的影像生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)量體系,為后續(xù)自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)提供及時(shí)的數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。