蔡素影

廣東中冶地理信息股份有限公司 廣東 東莞 523078

航測遙感被廣泛應(yīng)用于方方面面，只有充分保障了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，為了能夠給行業(yè)測繪帶來高質(zhì)量的內(nèi)容，保證工作的順利開展。航測遙感技術(shù)具有較強(qiáng)的專業(yè)性，因此需要對相關(guān)細(xì)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把控，從而保障數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度和可靠性。而有關(guān)數(shù)據(jù)的獲得是最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)是否精準(zhǔn)，將對航測遙感數(shù)據(jù)測量有著重要影響。因此，只有在環(huán)節(jié)上下功夫，強(qiáng)化對于數(shù)據(jù)內(nèi)容的測量，確保工作內(nèi)容的科學(xué)性，這一內(nèi)容才是航測遙感技術(shù)的關(guān)鍵，從而滿足行業(yè)內(nèi)容的信息化處理需求。

1 航測遙感概述

1.1 航測遙感技術(shù)內(nèi)涵

航測遙感技術(shù)是測繪科學(xué)領(lǐng)域的高精尖技術(shù)，是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、無人機(jī)技術(shù)、光電成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、地球科學(xué)技術(shù)等前端技術(shù)的綜合運(yùn)用，是龐大的系統(tǒng)工程應(yīng)用，是測繪科學(xué)的重要發(fā)展方向。其已經(jīng)廣泛服務(wù)于自然資源、軍事、農(nóng)業(yè)、林業(yè)以及人民群眾的生產(chǎn)生活等方方面面。

航測遙感技術(shù)通過航空、航天的方式，采用各種傳感器，非接觸式、快速地獲取物體的空間、時(shí)間、光譜等信息，為我們更方便、快捷、全面的認(rèn)識自然提供了一種新的方式。隨著傳感器精度的不斷提升，對地觀測的分辨率不斷提高，航測遙感的數(shù)據(jù)成果的使用價(jià)值正在越來越不可限量。

1.2 航測遙感技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

效率高：航測遙感技術(shù)以遠(yuǎn)程操控衛(wèi)星、無人機(jī)等載體，實(shí)現(xiàn)從空中大面積的信息采集，大幅的提高了工作效率和工作效益，減少了人力資源的投入。應(yīng)用于航測遙感技術(shù)中的無人機(jī)可以迅速，精確地、及時(shí)提供情報(bào)，讓人在盡可能短的時(shí)間內(nèi)反應(yīng)出觀測到的各種現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。由于航測遙感可以利用飛機(jī)搭載各種設(shè)備進(jìn)行飛行，從而使得該技術(shù)具備了更高的靈活度與適應(yīng)性。

靈活性強(qiáng)：由于航測遙感采用空中作業(yè)，所以對于地形地貌的變化有很強(qiáng)的適應(yīng)性。對于衛(wèi)星遙感技術(shù)，由于衛(wèi)星高度都在數(shù)百千米之外，地面上的山川根本對其沒有影響；對于航測技術(shù)來說，其航高低，續(xù)航時(shí)間段，因此需要靈活選擇起降場地，以保障影像成果的質(zhì)量和飛行安全。它可以為我們提供更高分辨率的影像，雖然其不如衛(wèi)星遙感，無論地形如何變化也能不受影像，但是只要起降地點(diǎn)選擇合理，飛行高度、飛行速度設(shè)置合理，是完全可以對人工作業(yè)難以到達(dá)的山區(qū)、災(zāi)區(qū)進(jìn)行測繪的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，航空攝影測量技術(shù)也將進(jìn)一步得到了完善和提高，尤其是高分辨率傳感器必將層不不窮的涌現(xiàn)，這將大大提高航測作業(yè)的效率和精確度，也將提高航測技術(shù)對環(huán)境的適應(yīng)能力。另外，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理速度的增加，特別是顯卡處理能力的提升，將對大型測繪工作有著積極的促進(jìn)作用。

實(shí)時(shí)性：遙感衛(wèi)星持續(xù)在太空對地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，各不同區(qū)域都能周期性的獲取到數(shù)據(jù)，而這個(gè)周期的間隔是人工無法實(shí)現(xiàn)的。相對于人工測繪來講，這種優(yōu)勢已然接近實(shí)時(shí)測繪了。航測無人機(jī)也在不斷的自動(dòng)化，能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)起降、全自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)，這也將與衛(wèi)星遙感形成優(yōu)勢互補(bǔ)，大幅提高測繪數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

2 數(shù)據(jù)的基本特征

2.1 數(shù)據(jù)格式

對于航測遙感內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理，首先要明確數(shù)據(jù)格式以及關(guān)注的范圍，并對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的地理空間類型進(jìn)行劃分，按地理空間表達(dá)方式的不同，數(shù)據(jù)格式可分為矢量與柵格數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)表現(xiàn)為數(shù)字線劃圖，并按照不同的信息要素，分別使用點(diǎn)、線和面的方式來表達(dá)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行深層分析的基礎(chǔ)和前提，也是數(shù)據(jù)集技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。矢量數(shù)據(jù)便于我們了解所表達(dá)對象的幾何特征、進(jìn)行數(shù)據(jù)的分類、統(tǒng)計(jì)與分析，為地理信息系統(tǒng)提供了可靠的空間檢索方式。

柵格數(shù)據(jù)采用像素陣列來表達(dá)空間信息，相對于矢量數(shù)據(jù)來說，其結(jié)構(gòu)較為簡單，表達(dá)方式也更為直觀、易懂，承載的信息相對于矢量數(shù)據(jù)更為豐富，但往往數(shù)據(jù)體量相對較為龐大，對數(shù)據(jù)處理設(shè)備性能要求較高[1]。

2.2 數(shù)據(jù)的基本內(nèi)容

現(xiàn)有的地理數(shù)據(jù)處理可以進(jìn)行不同的特征劃分，針對產(chǎn)品周期不一樣，通?？蓪?shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行3層的劃分：第一層為核心要素，以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為主，它作為可選要素，就是根據(jù)不同的需求，分別加以搭配。中間層是對基本信息和相關(guān)信息進(jìn)行綜合處理并生成各種專題圖、專題地圖等多種表現(xiàn)形式。末層為全要素融合，就是要對地形進(jìn)行統(tǒng)一的圖要素處理，并獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)有的資料來看，所得到的矢量數(shù)據(jù)包括的內(nèi)容極多，如地形測量、水系情況、管線設(shè)施、地面附屬建筑等。所得到的地形控制要根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)容的劃分，做好平面控制點(diǎn)、天文點(diǎn)位、高程控制點(diǎn)、重力點(diǎn)和其他類型控制的綜合。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要對各個(gè)要素進(jìn)行相應(yīng)的處理和計(jì)算，并將結(jié)果以圖形方式輸出?；跂鸥駭?shù)據(jù)的內(nèi)容，包含數(shù)字正射影像圖、DEM格網(wǎng)、DSM格網(wǎng)等等，其均采用像素來表達(dá)地物要素。隨著低空無人飛行器的應(yīng)用，影像數(shù)據(jù)的像素格網(wǎng)的間距由以往的5m、12.5m已經(jīng)提升到了如今的3cm、5cm的級別。而DEM格網(wǎng)、DSM格網(wǎng)的格網(wǎng)間距也可以輕松實(shí)現(xiàn)10cm、50cm的級別。矢量數(shù)據(jù)包含了各種比例尺地形圖和航片圖。通過這些數(shù)據(jù)文件進(jìn)行分析和處理，可以得到各種專題圖以及相應(yīng)的專題地圖產(chǎn)品。文本數(shù)據(jù)由有關(guān)地理地名，地點(diǎn)，種類，經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等組成，就有關(guān)資料給出說明性文字等，能較好的提供準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)[2]。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 建立了數(shù)據(jù)質(zhì)量控制關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

航測遙感內(nèi)業(yè)資料處理過程中存在著一系列的需要注意的問題，這些問題的處理將給資料的質(zhì)量造成一定程度的影響。

做好像控點(diǎn)的測量工作：布設(shè)足夠數(shù)量的像控點(diǎn)，并同步布設(shè)一定數(shù)量的檢測點(diǎn)，將檢測點(diǎn)施測坐標(biāo)與影像上對應(yīng)點(diǎn)的平面和高程值進(jìn)行比較，對成果進(jìn)行精度評定。對于地物點(diǎn)、高程注記、等高線，也可采用實(shí)地檢測坐標(biāo)與影像點(diǎn)位、高程的較差，并進(jìn)而求取較差中誤差，來分析判斷結(jié)果準(zhǔn)確性以及成果是否與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相符。

搞好調(diào)繪工作：調(diào)繪地物空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的完整性、接邊的正確性。為了確保調(diào)繪正確，一般采用室內(nèi)核查和外業(yè)實(shí)地巡視[3]相結(jié)合的方式。

搞好內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集、矢量成果的檢查等，即利用數(shù)字正射影像圖與矢量成果的疊加，以掌握矢量成果的數(shù)據(jù)質(zhì)量。數(shù)字線劃圖質(zhì)量檢查的側(cè)重點(diǎn)包括檢查數(shù)字線劃圖空間位置與影像圖的重疊情況，以及矢量圖數(shù)據(jù)完整性，線劃圖點(diǎn)線面要素與柵格影像圖上地物要素的平面位置符合情況，空間接邊與屬性接邊情況等。另外，對于內(nèi)業(yè)無法判讀的影像盲區(qū)，要配合外業(yè)實(shí)地調(diào)查和其他資料的比較，分析所采集的矢量成果中有無冗余，遺漏和其它錯(cuò)漏。

3.2 數(shù)據(jù)處理的具體關(guān)鍵技術(shù)

遙感影像數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)較多，這里憑筆者的理解，僅就遙感影像的融合、影像的幾何增強(qiáng)、以及影像糾正幾個(gè)方面做簡要論述。

1、影像融合

航天遙感技術(shù)讓我們能從更大的時(shí)空廣度來進(jìn)行地理信息的獲取和利用，是測繪科學(xué)的新方法，新手段。多種衛(wèi)星的升空，多種類、不同分辨率、不同波段的傳感器的涌現(xiàn)，一方面使得影像數(shù)據(jù)量快速增長，一方面使得數(shù)據(jù)的存儲、管理和利用成為突出問題。如何挖掘來自新老衛(wèi)星、同時(shí)期的不同衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，不同波段的數(shù)據(jù)、不同光譜分辨率的數(shù)據(jù)的價(jià)值，甚至是航測的影像與衛(wèi)星影像是否能結(jié)合使用，成為我們必須考慮的問題。要解決這些問題，就需要進(jìn)行遙感影像的融合。影像融合能從不同來源的數(shù)據(jù)中，提取到利用任意單一來源的數(shù)據(jù)無法獲取到的新的信息。

多波段遙感數(shù)據(jù)融合：多波段影像各波段之間相互關(guān)聯(lián)，各自反映不同波段的信息，傳感器可獲取到的波段是多種多樣的，而人們的視覺習(xí)慣是彩色影像，在電腦屏幕上，采用紅、綠、藍(lán)三原色來顯示彩色。在影像數(shù)據(jù)中，體現(xiàn)為RGB三個(gè)波段。為了影像融合達(dá)到較好的效果，應(yīng)根據(jù)目的的不同以及數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，選擇合適的波段，最大限度的符合人們的視覺習(xí)慣。應(yīng)采用不同組合方式對比，選擇最優(yōu)的波段組合來進(jìn)行融合。

多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)融合：遙感相對于傳統(tǒng)測繪有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，那就是快速的周期性測繪，實(shí)現(xiàn)了測繪成果的準(zhǔn)實(shí)時(shí)性。人類活動(dòng)使得地理環(huán)境不斷發(fā)生著變化，城市管理不僅需要現(xiàn)勢的數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的比對也同樣重要。為了獲得這種變化，我們就需要采用多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)融合技術(shù)。通過選擇來自不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的影像中的波段進(jìn)行組合，通過一定的算法處理，能準(zhǔn)確判斷數(shù)據(jù)范圍內(nèi)地理環(huán)境在時(shí)間節(jié)點(diǎn)之間的變化情況。

多類型遙感數(shù)據(jù)融合:不同的衛(wèi)星其側(cè)重點(diǎn)也有所不同，各自有各自的特長，各有各的局限，我們期望獲取的數(shù)據(jù)可能是任何一顆衛(wèi)星也不能單獨(dú)提供的。為了解決這一問題，就需要多類型遙感數(shù)據(jù)的融合，如多光譜影像與雷達(dá)影像融合。

多光譜影像擁有較高的光譜分辨率，能識別不同光譜特征的地物，比如有病蟲害的作物與健康的作物。雷達(dá)系統(tǒng)采用主動(dòng)探測的模式，可以穿透云層甚至植被，可以獲取地面的幾何空間信息、物理特征信息。二者的融合，將能實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，獲得更豐富的信息，提升數(shù)據(jù)的利用價(jià)值。

遙感影像與矢量數(shù)據(jù)的融合:目前，衛(wèi)星遙感影像還僅局限于二維表達(dá)，沒有高程信息。而矢量數(shù)據(jù)提供了對地理空間的幾何描述，具有更多的定量信息，如面積、高程、長度等等。將矢量數(shù)據(jù)與遙感影像采用一定的方法進(jìn)行融合，將能獲得更豐富的信息，便于定量分析，屬性信息也能實(shí)現(xiàn)一定的互補(bǔ)，有利于數(shù)據(jù)價(jià)值的挖掘與分析利用。

光譜增強(qiáng)型影像融合:在信噪比一定的前提下，影像的光譜分辨率越高，空間分辨率越低。因此，空間分辨率高的影像，光譜分辨率又較低。為了獲取空間分辨率和光譜分辨率都滿足要求的影像，就需要將空間分辨率滿足要求的影像與光譜分辨率滿足要求的影像相互融合，來滿足數(shù)據(jù)應(yīng)用需求。

2、影像的幾何增強(qiáng)

雖然衛(wèi)星遙感影像持續(xù)的都在生產(chǎn)，但是對于一般單位而言，獲取新的影像是要付出一定成本的，而且新的影像即使能及時(shí)獲取到也未必能達(dá)到分辨率的要求。此時(shí)，為了獲取更高分辨率的影像，我們可以運(yùn)用影像幾何增強(qiáng)技術(shù)。影像分辨率的本質(zhì)是單位面積內(nèi)，影像有效光學(xué)像元的數(shù)量。影像幾何增強(qiáng)就是利用這一原理，采用現(xiàn)有的同一區(qū)域的不同來源的低分辨率影像，來重建出該區(qū)域較高分辨率的影像。傳感器中感光元件的密度是有極限的，而且超過一定密度后，影像質(zhì)量會降低，因此，以一系列現(xiàn)有影像來重建高分辨率影像的幾何增強(qiáng)技術(shù)是有其存在的價(jià)值的[4]。

3、影像糾正

幾何精糾正：幾何糾正是指將同一區(qū)域的一幅影像的地物要素與另一幅影像的相同地物要素通過幾何變換進(jìn)行匹配的過程。通常有一幅標(biāo)準(zhǔn)圖，可以是矢量圖也可以是柵格影像，糾正時(shí)，只改變其他影像的空間位置，不改變標(biāo)準(zhǔn)圖。其中矢量數(shù)據(jù)可以是現(xiàn)有的矢量地圖，也可以是實(shí)測的控制點(diǎn)。在沒有標(biāo)準(zhǔn)圖的情況下，實(shí)測一些明顯地物作為影像糾正控制點(diǎn)是非常實(shí)用的。選擇糾正控制點(diǎn)，一定要保證選擇的地物在實(shí)地沒有發(fā)生位移，在影像上有較明顯的邊界，且色彩與背景有一定的反差。

正射影像糾正：無論是衛(wèi)星影像還是無人機(jī)航拍影像，由于拍攝角度以及地物本身高度較高等的原因，都可能出現(xiàn)地物在影像上并不是垂直的。正射影像理論上是只能看到地物的頂面，而看不到側(cè)面，但未經(jīng)正射糾正的影像，高聳建筑物是能看到側(cè)面的，這就需要進(jìn)行正射影像糾正，使影像真正變成正射影像。對于衛(wèi)星影像，可以借助數(shù)字高程模型或數(shù)字表面模型來進(jìn)行正射糾正。對于航測影像，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)方式，比如先生成三維模型，再利用三維模型來生產(chǎn)正射影像的方式，即可自動(dòng)完成正射糾正。

3.3 進(jìn)行異常數(shù)據(jù)提取技術(shù)研究

數(shù)據(jù)處理除以上內(nèi)容外，還包括異常信息抽取。通過對遙感技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)勘查中各種典型實(shí)例的分析可以看出：運(yùn)用遙感技術(shù)來圈定地表或地下礦化體的空間分布范圍及規(guī)模大小是一種十分有效而又經(jīng)濟(jì)的方法；同時(shí)還可提供成礦預(yù)測的依據(jù)。遙感蝕變信息提取方法很多，但對于同一地區(qū)不同類型的蝕變巖石而言，其在遙感圖像上呈現(xiàn)出來的形態(tài)和顏色各不相同。以定位礦物所在部位，探查其特定信息，為礦物勘探節(jié)約了人力，物力，財(cái)力等資源，且能獲得相對較理想結(jié)果。但是在實(shí)際工作中，由于受到各種因素影響，往往會導(dǎo)致獲取到的蝕變信息提取不準(zhǔn)確或者是沒有得到很好的利用，從而造成了一些相關(guān)性信息與突出性信息之間存在著一系列問題。所以有必要深入研究遙感信息處理方法以得到所需的資料。

4 航測遙感影像數(shù)據(jù)處理技術(shù)展望

當(dāng)前的航測遙感技術(shù)正朝著更快、更精、更清的方向不斷進(jìn)步，同時(shí)測繪地理信息行業(yè)正在經(jīng)歷著有二維地理信息向三維地理信息的巨變，在我國提出數(shù)字化基建的背景下，三維中國項(xiàng)目已經(jīng)悄然在各地展開。目前的三維地理信息主要通過傾斜攝影、激光掃描矢量化建模等方式進(jìn)行，這些技術(shù)相對于傳統(tǒng)的手工三維建模而言已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展，正是這些技術(shù)使得三維中國項(xiàng)目得以推行。然而，技術(shù)的發(fā)展是無止境的。隨著衛(wèi)星影像的分辨率越來越高，以及優(yōu)質(zhì)影像數(shù)據(jù)的不斷積累，筆者在此暢想，應(yīng)當(dāng)在不遠(yuǎn)的將來，我們當(dāng)能實(shí)現(xiàn)基于衛(wèi)星影像的三維建模技術(shù)，直接使用多個(gè)周期、多個(gè)視角的衛(wèi)星影像來構(gòu)建全球范圍的三維影像，筆者對此滿懷期待。

5 結(jié)語

總之，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理是航測遙感影像測繪工作中必不可少的重要環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)采用的方法是否科學(xué)合理，對數(shù)據(jù)的正確性和精度有著直接的影響。但實(shí)際工作中，由于受到多種因素影響，使得處理后的數(shù)據(jù)往往存在較大誤差或者粗差，從而導(dǎo)致了后續(xù)測量結(jié)果與實(shí)際差異較大。本文結(jié)合筆者的經(jīng)驗(yàn)及理解，介紹了航測遙感內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的一些筆者認(rèn)為較為關(guān)鍵的技術(shù)，希望對讀者有所幫助。在工作過程中，我們應(yīng)該十分關(guān)注數(shù)據(jù)處理與分析工作，掌握科學(xué)的方法，提升工作的有效性，保障數(shù)據(jù)成果的精度，為測繪成果服務(wù)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)保駕護(hù)航。