三調(diào)影像底圖制作主流程及問題解決方法探討

吉淑花

（1.甘肅省地圖院，甘肅 蘭州 730000）

2018 年3 月，國家基礎(chǔ)地理信息中心負(fù)責(zé)組織實(shí)施的全國第三次土地調(diào)查正射影像生產(chǎn)項目中，我部門承擔(dān)了甘肅省天水市張家川回族自治縣、清水縣、麥積區(qū)和隴南市全境的三調(diào)影像制作任務(wù)。前期開始的技術(shù)規(guī)范、技術(shù)設(shè)計和相關(guān)生產(chǎn)軟件的學(xué)習(xí)，進(jìn)行試生產(chǎn)，提早發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中可能遇到的一些問題，并找到有效的解決方法。任務(wù)區(qū)所覆蓋的主要地形為山地，衛(wèi)星影像陰影遮擋較為嚴(yán)重，且受1∶10 000 DEM 現(xiàn)勢性的影響，部分地形變化較大的地方存在變形等問題。數(shù)據(jù)生產(chǎn)依據(jù)《甘肅省第三次全國土地調(diào)查正射影像生產(chǎn)專業(yè)技術(shù)設(shè)計書》。

1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

根據(jù)衛(wèi)星影像結(jié)合表，準(zhǔn)備覆蓋全部任務(wù)范圍的GF2 號原始影像和1∶10 000 DEM、DOM 數(shù)據(jù)（如圖1 所示），分析區(qū)域內(nèi)1∶10 000 數(shù)據(jù)是否全部覆蓋[1]，若小范圍的邊角地帶無1∶10 000 數(shù)據(jù)，就用1∶50 000 DEM 和地理國情普查影像底圖替代[2]；非1∶10 000 地形圖覆蓋區(qū)域原則上按1∶25 000 地形圖成圖精度進(jìn)行正射影像生產(chǎn)[3]。將任務(wù)區(qū)范圍內(nèi)數(shù)據(jù)拷貝整理、轉(zhuǎn)換格式，為區(qū)域網(wǎng)平差和正射糾正作準(zhǔn)備。

圖1 任務(wù)區(qū)涵蓋數(shù)據(jù)范圍

1）在Arcmap 軟件下所在的圖層右擊打開屬性表，在表選項菜單下以*.txt 格式導(dǎo)出對應(yīng)圖層JH（景號）、圖號所在列的記錄。

3）原始數(shù)據(jù)處理，將 GF2 號衛(wèi)星影像解壓縮到當(dāng)前文件夾，DEM 將所有的數(shù)據(jù)復(fù)制在同一文件夾下，在ArcMap 軟件下利用工具箱下的柵格→柵格數(shù)據(jù)集→鑲嵌至新柵格，把DEM 數(shù)據(jù)合并成一個*.img 或者*.bil 格式的數(shù)據(jù)。參數(shù)設(shè)置如圖2 所示。

圖2 DEM 拼接參數(shù)設(shè)置

2 基于PixelGrid軟件區(qū)域網(wǎng)平差

在PixelGrid 軟件下進(jìn)行影像數(shù)據(jù)預(yù)處理，同名點(diǎn)匹配，若相鄰景同名點(diǎn)位置中誤差超限，應(yīng)人工量測同名點(diǎn)，直至滿足精度要求，輸出平差結(jié)果，用于CIPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)下的正射糾正。

2.1 在衛(wèi)星影像處理模塊下[4]

選擇【影像預(yù)處理】→衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)分析→國產(chǎn)ZY02C，GF1/2，遙感14，實(shí)踐9 號系列衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)分析（與衛(wèi)星影像相匹配的子菜單），進(jìn)行衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)預(yù)處理。指定GF2 號影像所在的文件夾路徑點(diǎn)擊菜單“生成RPC 和GSD 文件”完成預(yù)處理。彈出“區(qū)域網(wǎng)平差”對話框，選擇“否”。

2.2 建立平差工程

選擇【正射影像生成拼換】→基于已有地理信息的影像快速糾正→新建工程文件。選擇工程目錄→添加指定目錄下影像：選擇GF2 號影像所在文件夾→數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)選擇：2000 大地坐標(biāo)系-3 度（實(shí)際按DEM、DOM 數(shù)據(jù)所在的投影帶）→DEM、DOM 數(shù)據(jù)類型選擇：標(biāo)準(zhǔn)圖幅的DEM+DOM 數(shù)據(jù)→根據(jù)影像范圍自動添加正射影像（選擇1∶10 000 DOM 數(shù)據(jù)所在的文件夾）→根據(jù)影像范圍自動添加數(shù)字高程模型（選擇1∶10 000 DTM 數(shù)據(jù)所在的文件夾）→變化程度選擇：大（地物變化較大）→衛(wèi)星影像類型選擇：國產(chǎn)ZY02C，GF-1/2 衛(wèi)星影像→多光譜影像路徑選擇→輸入全色/多光譜影像分辨率（0.8/3.2）。

2.3 影像匹配

打開平差工程，【數(shù)據(jù)處理及結(jié)果檢查】菜單下，按照子菜單順序依次處理。金字塔影像及特征提取→檢查影像初始定向（同名點(diǎn)位置）→自動匹配控制點(diǎn)→檢查影像自動匹配結(jié)果→多光譜影像自動定向→輸出工程中影像的RPC 文件。輸出的*計算后.rpc 文件擴(kuò)展名批量更名為*_rpc.txt。

3 CIPS集群式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)下正射影像流程化制作

利用原始GF2 號影像、DEM（*.img），加載PixelGrid 軟件下輸出的平差結(jié)果，設(shè)置各流程處理參數(shù)，工作流模塊批量處理，省去單步流程執(zhí)行中間等待時間，降低多環(huán)節(jié)人為干預(yù)的出錯幾率。

3.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

原始衛(wèi)星影像、更新后RPC 文件*_rpc.txt 和地形數(shù)據(jù)DEM，將拼換成一個*.img 或者*.bil 格式的DEM 數(shù)據(jù)設(shè)置投影，關(guān)于大地高轉(zhuǎn)橢球高，平差時控制點(diǎn)成果是大地高，大地高模型和大地高DEM 是套合的。平差模型已經(jīng)是正常高，DEM 也要用正常高，故不用轉(zhuǎn)換。

3.2 新建工程

加載影像→設(shè)置原始投影、目標(biāo)投影、分辨率、視角→創(chuàng)建模型。原始影像設(shè)置原始投影選擇WGS84，目標(biāo)投影和DEM 的原始投影一致。原始影像范圍必須要和DEM 有交集，否則工程執(zhí)行時提示“地形數(shù)據(jù)與原始影像不相交”。

3.3 構(gòu)建融合模型

選擇“影像”自動配對完成后創(chuàng)建模型。如果不能自動匹配，可能是全色和多光譜投影不一致。

3.4 工作流管理

業(yè)務(wù)處理前參數(shù)設(shè)置，正射糾正二：雙三次；影像融合：pansharpen；有效范圍提?。航悄Ｊ?，其他默認(rèn)ImageRangeRefineFlow；波段計算：3 波段，組合（3 2 1）ChannelCombine；16 位轉(zhuǎn)8 位：單通道，其他默認(rèn)ImageBitTransformFlow；勻光勻色α：自動勻色，其他默認(rèn)DodgingWallisFlow，基于全國色彩庫，對影像采用相應(yīng)地區(qū)的色彩信息進(jìn)行空間勻色，無需提供

勻色模板。擴(kuò)展參數(shù)：全部選擇創(chuàng)建金字塔，便于檢查result 文件夾下的分步成果，其他均默認(rèn)。

3.5 工程執(zhí)行

任務(wù)執(zhí)行完成查看結(jié)果和精度檢驗(yàn)，若精度超限應(yīng)查找原因并重新從出錯環(huán)節(jié)開始流程化處理。

4 鑲嵌成圖

單景正射影像制作完成，再進(jìn)行影像鑲嵌[5]。自動鑲嵌線規(guī)劃生成支持兩種方法：①鑲嵌規(guī)劃即人工規(guī)劃；②自動規(guī)劃。鑲嵌支持4 種方法：①鑲嵌成圖；②自動鑲嵌；③自動鑲嵌二；④硬鑲嵌。設(shè)置成圖分辨率和比例尺，其他參數(shù)默認(rèn)。

4.1 鑲嵌成圖MosaicFlow

基于給定的鑲嵌網(wǎng)，可以是自動規(guī)劃的鑲嵌網(wǎng)或者是鑲嵌規(guī)劃產(chǎn)生后編輯鑲嵌線，需提前生成鑲嵌網(wǎng)，且不修改拓?fù)渚W(wǎng)。人工編輯的結(jié)果無法實(shí)時顯示，但是可以看到編輯鑲嵌后的圖像?；谌斯ぞ庉嫷蔫偳毒W(wǎng)成圖時，需耗費(fèi)大量時間。

4.2 自動鑲嵌AutoMosaic1Flow

基于給定的鑲嵌網(wǎng)，在處理時該鑲嵌網(wǎng)會自動更改。在自動尋址的基礎(chǔ)上進(jìn)行鑲嵌線編輯，減少人工編輯量。

4.3 自動鑲嵌二

自動生成柵格拓?fù)洌恍枰崆皽?zhǔn)備鑲嵌網(wǎng)，且不修改拓?fù)渚W(wǎng)，適用于對圖面質(zhì)量要求較低的情況。

4.4 硬鑲嵌（不需要鑲嵌網(wǎng)）

根據(jù)影像重疊關(guān)系直換拼換。成果拼痕明顯，但處理效率較高。

推薦方法：影像質(zhì)量較好無云，選自動鑲嵌二；影像質(zhì)量一般無云，選自動規(guī)劃→自動鑲嵌；影像質(zhì)量較差有云，選自動規(guī)劃→自動鑲嵌→人工鑲嵌線編輯→鑲嵌成圖。

鑲嵌網(wǎng)如下圖：圖3a 為軟件自動生成鑲嵌線，圖3b 為人工編輯后鑲嵌線。沿線狀地物編輯鑲嵌線，使相鄰景之間無明顯拼痕過渡更自然，減少修改影像的工作量。

圖3 鑲嵌線軟件自動生成和人工編輯后對比圖

5 影像檢查與修改

正射影像質(zhì)量主要從平面精度和圖面質(zhì)量兩個方面進(jìn)行控制，快速有效地解決常見問題，為后期土地調(diào)查和圖斑分類提供高質(zhì)量的影像底圖。

5.1 精度檢查

利用控制點(diǎn)檢驗(yàn)影像平面精度，在ArcMap 軟件下將控制點(diǎn)的*.shp 文件和正射影像疊加在一起如圖4a、4b，找到點(diǎn)號對應(yīng)的小影像進(jìn)行對比，量測平面X、Y方向的差值，檢查一定數(shù)量的點(diǎn)計算中誤差。

圖4 地形變化點(diǎn)和地形微變點(diǎn)影像精度檢測

5.2 圖面檢查

1）最小外換矩形無效數(shù)據(jù)區(qū)域RGB 值不為（0,0,0）。按技術(shù)設(shè)計書要求，切線至最小外換矩形之間沒有影像數(shù)據(jù)的區(qū)域像素RGB 值設(shè)為（0,0,0）?？h域范圍外擴(kuò)100 m 裁切輸出時NoData 值未填寫或填寫255 都是不符合規(guī)范要求的。利用DEMEdit 軟件下DOM 轉(zhuǎn)換的功能，在左下角“無效值”選項輸入0，可修改此問題。

2）相鄰景之間拼痕、色彩差異、線狀地物錯位如圖5a 所示。借助其他圖形處理軟件Adobe Photoshop CS6[6]，設(shè)置好羽化值，選擇其中一景沿線狀地物一側(cè)分隔后局部替代如圖5b 所示。

3）變形。主要有橋梁道路變形及地形變化較大區(qū)域與已有地形數(shù)據(jù)不套合造成不同程度的扭曲變形如圖6a 所示，在Adobe Photoshop CS6 軟件下用濾鏡工具下的液化功能，進(jìn)行局部修改如圖6b 所示。

4）影像拉花。如圖7a 分析影像拉花的主要原因是衛(wèi)星側(cè)視角和DEM 精度的影響[7]，解決這類問題通常利用不同時段分發(fā)的影像進(jìn)行局部替代，影像獲取季節(jié)、側(cè)視角不同，陡峭位置正射影像成果有明顯差別，替代影像須保證時相性，如圖7b 所示。

5）陰影遮擋。影像側(cè)視角和獲取影像的季節(jié)等因素造成的山體黑影問題如圖8a 所示，標(biāo)記相應(yīng)的位置作為影像質(zhì)量不合格區(qū)域上報。待下發(fā)質(zhì)量合格的原始影像，生產(chǎn)單景正射影像，檢驗(yàn)精度，局部新鑲嵌替代如圖8b 所示。

圖6 線狀地物變形修改前后對比圖

圖7 影像拉花修改前后對比圖

6）相鄰縣域換邊超限。按規(guī)范要求相鄰縣域（含不同省間）換邊限差不超過5 m。換邊超限的主要原因是使用的原始數(shù)據(jù)時相不同、生產(chǎn)軟件及人員等因素形成的單景正射影像精度不一致。修改換邊問題，首先選擇時相最新的影像，其次檢驗(yàn)單景影像的平面精度，選擇時相和精度均滿足要求的單景影像按縣域外擴(kuò)100 m裁切，并鑲嵌到參與換邊的縣域正射影像成果中。

圖8 陰影遮擋修改前后對比圖

6 結(jié) 語

探討了第三次全國土地調(diào)查正射影像制作主要流程和質(zhì)量檢查中發(fā)現(xiàn)的主要問題及解決方法，三調(diào)正射影像成果按縣域分幅數(shù)據(jù)量較大，處理和修改起來費(fèi)時費(fèi)力，筆者將完成此項目的技術(shù)流程做了系統(tǒng)闡述，在現(xiàn)階段的生產(chǎn)中行之有效,一定程度上提高了解決問題的效率。更優(yōu)化的流程和方法在今后的生產(chǎn)過程中需進(jìn)一步摸索總結(jié)，積累大數(shù)據(jù)量生產(chǎn)正射影像圖的經(jīng)驗(yàn)，不斷提高生產(chǎn)效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。