衛(wèi)星影像在基礎(chǔ)測(cè)繪1∶10000 地形圖更新中的應(yīng)用

李蘭

（甘肅省測(cè)繪工程院， 甘肅 蘭州 730000）

1 引言

1∶10000地形圖在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中應(yīng)用廣泛，例如在土地規(guī)劃、國(guó)土資源普查、地質(zhì)災(zāi)害防治、退耕還林等社會(huì)發(fā)展與國(guó)民經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中[1]。1∶10000地形圖基礎(chǔ)測(cè)繪的主要手段有全野外測(cè)繪、航空攝影測(cè)量、遙感技術(shù)測(cè)繪。隨著航天科技事業(yè)的發(fā)展，遙感衛(wèi)星影像空間分辨率達(dá)到10m以?xún)?nèi)，高分辨率的遙感衛(wèi)星影像測(cè)圖逐步應(yīng)用在基礎(chǔ)測(cè)繪中，不僅能幫助測(cè)繪工作者完成大比例尺遙感制圖，還可以在較小的空間尺度表現(xiàn)更細(xì)節(jié)的地形內(nèi)容[2-3]。近年來(lái)，采用衛(wèi)星影像進(jìn)行地形圖更新廣受歡迎，研究衛(wèi)星影像在基礎(chǔ)測(cè)繪1∶10000地形圖更新中的應(yīng)用，實(shí)用性較強(qiáng)，極大豐富遙感衛(wèi)星影像在基礎(chǔ)測(cè)繪地形圖更新中的應(yīng)用內(nèi)容。

2 衛(wèi)星影像測(cè)圖介紹

2.1 衛(wèi)星影像測(cè)圖

衛(wèi)星影像測(cè)圖通常是借助很多個(gè)線陣列形式的CCD傳感器，通過(guò)CCD傳感器的探測(cè)監(jiān)視獲取衛(wèi)星軌道上同一軌道前后方向的圖像，再由衛(wèi)星CCD傳感器進(jìn)行一定角度的旋轉(zhuǎn)，獲取其他軌道方向上的圖像。這種圖像獲取方法稱(chēng)為推帚式掃描方法。該方法可以保證飛行目標(biāo)在自定軌道上的中心投影，這個(gè)中心點(diǎn)作為衛(wèi)星影像測(cè)圖的一個(gè)重要參照點(diǎn)。通過(guò)實(shí)時(shí)掃描獲取中心點(diǎn)，獲得衛(wèi)星飛行方向上的掃描圖像，每一次獲取的圖像均包含該圖像對(duì)應(yīng)的中心點(diǎn)參數(shù)與坐標(biāo)值。由中心點(diǎn)參數(shù)值與坐標(biāo)值可以確定衛(wèi)星影像中各個(gè)元素的幾何關(guān)系。因而，各個(gè)元素圖像的成圖質(zhì)量或分辨率與中心點(diǎn)參數(shù)值及坐標(biāo)值密切相關(guān)。

為了改變?cè)械男l(wèi)星影像測(cè)圖模式，提升衛(wèi)星影像測(cè)圖的質(zhì)量與分辨率，需對(duì)原有的同軌共線掃描與他軌核線方式進(jìn)行修正。利用衛(wèi)星掃描方向上圖像與CCD傳感器共線的原理，建立傳感器共線方程模型。

2.2 衛(wèi)星影像測(cè)圖糾正

衛(wèi)星影像成圖涉及遙感衛(wèi)星的正射推帚式掃描，這種掃描方式，需要在測(cè)圖過(guò)程中對(duì)衛(wèi)星影像進(jìn)行正射糾正，以達(dá)到更新地形圖數(shù)據(jù)的目的。正射糾正影像平面位置中誤差通常需要滿(mǎn)足表1要求。

表1 衛(wèi)星正射影像數(shù)據(jù)平面位置中誤差要求

衛(wèi)星影像正射糾正主要從三方面入手：（1）精簡(jiǎn)共線模型CCD傳感器所獲得的衛(wèi)星影像參數(shù)，保證衛(wèi)星影像定位定向準(zhǔn)確；（2）進(jìn)行圖像處理，將待更新的地形圖等高線高程控制點(diǎn)內(nèi)插入圖像共線方程 ；（3）基于衛(wèi)星影像參數(shù)模型與圖像共線方程進(jìn)行數(shù)學(xué)求解（數(shù)字微分），并結(jié)合地形圖獲得數(shù)字正射影像圖。

3 實(shí)際案例分析

3.1 工程背景

為提升國(guó)家1∶10000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，根據(jù)原國(guó)家測(cè)繪地理信息局規(guī)劃，需對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新，更新底圖主要采用衛(wèi)星影像。目前已獲得1∶10000地形核心元素圖，該圖繪制時(shí)間較早，采用的是1980西安坐標(biāo)系。同時(shí)根據(jù)不同要素種類(lèi)進(jìn)行了幾何劃分，保障了數(shù)據(jù)分層更新使用；數(shù)據(jù)層共分為15層，經(jīng)度差、緯度差均參照制圖要求規(guī)范。衛(wèi)星影像包含高分辨率TIF格式的正射影像數(shù)據(jù)，坐標(biāo)系與前者相同。外業(yè)獲得的踏勘資料、車(chē)載GPS信號(hào)道路數(shù)據(jù)及其他輔助數(shù)據(jù)資料，為地形圖更新提供了參考依據(jù)。

3.2 作業(yè)流程

利用衛(wèi)星影像更新地形圖，首先需要進(jìn)行衛(wèi)星影像正射糾正，完成預(yù)處理工作。參照《數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)規(guī)定》對(duì)衛(wèi)星影像進(jìn)行檢查、裁切，并按照1∶10000地形圖標(biāo)準(zhǔn)比例尺分幅處理，再對(duì)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的精度、元素坐標(biāo)、分辨率、色調(diào)、色彩模式等檢查核對(duì)，調(diào)整不符合《數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)規(guī)定》的圖幅。

在完成衛(wèi)星影像基本數(shù)據(jù)預(yù)處理后，開(kāi)展基于衛(wèi)星影像的基礎(chǔ)測(cè)繪地形圖更新作業(yè)。作業(yè)流程主要包含八個(gè)方面：①調(diào)查資料收集與分析；②區(qū)域測(cè)繪方案設(shè)計(jì)；③工程資料背景及地形圖更新數(shù)據(jù)準(zhǔn)備；④地形圖控制點(diǎn)要素判別與采集；⑤局部地形數(shù)據(jù)的補(bǔ)測(cè)更新；⑥內(nèi)業(yè)測(cè)繪數(shù)據(jù)資料的整理；⑦成果驗(yàn)證鑒定；⑧匯總成果。數(shù)據(jù)調(diào)繪更新作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 地形圖數(shù)據(jù)調(diào)繪更新作業(yè)流程

3.3 內(nèi)外業(yè)調(diào)查繪圖

在地形圖更新基礎(chǔ)上，數(shù)字柵格地圖（DRG）和衛(wèi)星正射糾正影像（DOM）相結(jié)合，確保內(nèi)業(yè)調(diào)繪地形圖誤差符合相關(guān)規(guī)范要求，例如矢量數(shù)據(jù)的相對(duì)背景誤差不可超過(guò)0.2mm。按照地形圖區(qū)域情況，對(duì)各測(cè)區(qū)的自然地理及道路、植被、居民建筑等重點(diǎn)選取標(biāo)定。

根據(jù)相關(guān)要求，保證各部分的地形圖符號(hào)與顏色均按照給定的圖例表示，并給出相應(yīng)的地形圖繪制調(diào)查片段完成核驗(yàn)檢查。DRG與DOM疊加圖中的重要控制點(diǎn)要素，對(duì)控制點(diǎn)位置、大小清晰標(biāo)記，明確指向，最后輸出dwg文件格式，滿(mǎn)足Auto CAD文件格式要求[4]。

DRG與DOM疊加后，某些交叉區(qū)域無(wú)法進(jìn)行疊加處理，需要外業(yè)補(bǔ)充調(diào)繪，內(nèi)容主要有記錄地形圖中更新要素的地形地貌、調(diào)查地形要素屬性、核查地理名稱(chēng)準(zhǔn)確性、記錄外業(yè)測(cè)繪路線及內(nèi)容。調(diào)繪后更新整理地形圖數(shù)據(jù)，補(bǔ)充更新后的地形圖資料數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.4 數(shù)據(jù)整理與調(diào)整

對(duì)數(shù)字柵格地圖與衛(wèi)星正射糾正影像處理后得到矢量地形圖，結(jié)合調(diào)繪數(shù)據(jù)整理出地形影像疊加圖，其中包含地形圖中不同的繪制單元要素。針對(duì)不同的單元要素，根據(jù)實(shí)際位置，按照表2要求繪制調(diào)整。

表2 要素調(diào)整方式

3.5 數(shù)據(jù)入庫(kù)

將更新后的地形圖元素導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，得到衛(wèi)星影像與數(shù)字柵格圖坐標(biāo)疊加后的地形圖（如圖2所示）。

圖2 衛(wèi)星正射影像與數(shù)字柵格地圖疊加更新后地形圖

4 結(jié)論

衛(wèi)星影像在基礎(chǔ)測(cè)繪1∶10000地形圖更新中應(yīng)用較為廣泛，有利于基礎(chǔ)測(cè)繪地形圖工作矢量化，豐富地形圖內(nèi)容。通過(guò)衛(wèi)星影像更新基礎(chǔ)測(cè)繪1∶10000地形圖，按照一定作業(yè)步驟，完成衛(wèi)星正射糾正影像數(shù)據(jù)與數(shù)字柵格地圖疊加更新地形圖，可以提升地形圖數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，減小數(shù)據(jù)疊加誤差，為衛(wèi)星影像在基礎(chǔ)測(cè)繪大比例尺地形圖更新中應(yīng)用提供了參考。