利用衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)快速制作數(shù)字正射影像圖研究

潘 宏 （安徽省第一測繪院，安徽 合肥 230000）

1 引言

隨著我國年度基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測任務(wù)的開展，以及各省區(qū)1:1萬基礎(chǔ)測繪工作的展開需求，全省域年度正射影像圖生產(chǎn)成為這兩項工作開展的前提條件。近幾年，隨著衛(wèi)星影像獲取能力的提升，按照基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測工作的要求，一般在每年第三季度基本可以獲取全省域范圍的衛(wèi)星影像，而年度基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測任務(wù)需要在本年度完成。因此，提高數(shù)字正射影像圖生產(chǎn)效率成為值得研究的課題。

像素工廠是法國多源遙感影像處理系統(tǒng)，集自動化、并行處理、多種影像兼容、遠程管理等特點，影像處理能力相較傳統(tǒng)技術(shù)有了大幅改進，提高了影像處理的自動化能力，減少了人工參與，提高了正射影像的生產(chǎn)效率。

2 總體技術(shù)路線

總體技術(shù)路線：依據(jù)本次數(shù)字正射影像生產(chǎn)要求，分析衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，對滿足要求的衛(wèi)星影像進行檢查、篩選等處理，采用精度符合要求的控制點、前期DOM數(shù)據(jù)及DEM為控制、糾正基礎(chǔ)，對本省區(qū)域范圍內(nèi)的優(yōu)于1.0米分辨率的衛(wèi)星影像進行正射糾正，完成1:10000數(shù)字正射影像圖的制作。整體工作流程見圖1所示。

圖1 正射影像生產(chǎn)整體工作流程

3 具體實施

3.1 前期資料分析處理

3.1.1 已有資料情況

全省域已有前期高分辨率DOM成果，已有精細化DEM（2m）數(shù)據(jù)，已有控制點數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)：主要為高分二號、北京二號、高景一號三種類型數(shù)據(jù)。衛(wèi)星以條帶方式采集，以景為單位提供，每景有對應(yīng)的RPC參數(shù)，景與景之間有不少于10%重疊區(qū)域。

3.1.2 已有資料處理

準(zhǔn)備、分析和處理已有資料：包括現(xiàn)有控制點成果、衛(wèi)星數(shù)據(jù)，DEM成果等。確定符合本項目要求的所有控制點成果和相關(guān)資料。尤其應(yīng)對原始影像資料進行檢查，并對符合要求的衛(wèi)星影像，進行勻色、勻光、去云、去霧、影像增強等處理。對DEM應(yīng)進行數(shù)據(jù)接邊、錯誤點改正等工作。

3.1.3 作業(yè)區(qū)劃分

根據(jù)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、控制點數(shù)據(jù)的分布、地形類別等情況劃分區(qū)域網(wǎng)，并確定落在每個區(qū)域網(wǎng)的控制點。合理地作業(yè)區(qū)劃分可以提高整體作業(yè)精度和作業(yè)效率。

3.2 空三加密

在像素工廠中，創(chuàng)建工程并引入數(shù)據(jù)，首先對全色影像進行空三加密，設(shè)置參數(shù)，自動匹配連接點，連接點調(diào)整優(yōu)化達到平差精度后加入控制點聯(lián)合優(yōu)化，反復(fù)計算平差，直至滿足精度要求。多光譜影像是在糾正好的全色影像基礎(chǔ)上，利用同名點對多光譜影像進行配準(zhǔn)糾正。糾正模型及參數(shù)選取應(yīng)與全色影像一致，平差精度符合要求。

3.3 影像糾正與融合

經(jīng)過平差解算后，像素工廠系統(tǒng)可以自動對衛(wèi)星全色影像和多光譜影像分別進行正射糾正及融合處理。糾正時采用三次卷積重采樣方法，融合方法為PanSharpening，融合效果較接近真彩色。融合后的影像應(yīng)能反映細部特征、紋理清晰、色彩明亮。

3.4 影像鑲嵌、勻色及接邊

按分區(qū)進行DOM鑲嵌，對自動生成的拼接線做編輯處理，以保持景與景之間色彩過渡自然，地物接邊合理，無重影和發(fā)虛等現(xiàn)象,并盡量保持人工地物的完整性和合理性。利用公共影像連接點和控制點進行接邊處理，并完成各分區(qū)的接邊鑲嵌。對各分區(qū)的鑲嵌快視圖進行勻色調(diào)整，完成對整個區(qū)域影像的統(tǒng)一調(diào)配。

3.5 分幅圖制作

以鑲嵌后正射影像為基礎(chǔ)，按規(guī)范要求外擴，形成標(biāo)準(zhǔn)分幅正射影像圖，影像采用GeoTIFF格式存儲。省界邊圖幅內(nèi)缺少影像數(shù)據(jù)區(qū)域以白色填充。

3.6 元數(shù)據(jù)制作

元數(shù)據(jù)制作依據(jù)相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。像素工廠生產(chǎn)工作流程圖,如圖2所示。

圖2 像素工廠生產(chǎn)工作流程

4 質(zhì)量檢查

本項目質(zhì)量檢查采用兩級檢查一級驗收的方式，主要檢查內(nèi)容依據(jù)各項規(guī)范要求，主要質(zhì)量檢查內(nèi)容如下表所示。

5 項目工作總結(jié)

本項目利用像素工廠系統(tǒng)軟件進行測區(qū)作業(yè)，共接收全省域優(yōu)于1米衛(wèi)星影像1404景，經(jīng)過篩選后實際生產(chǎn)1044景，共生成5374幅1:1萬分幅影像，項目成果均達到設(shè)計要求?？傮w作業(yè)時間大大縮短，作業(yè)效率大幅提高。

在充分利用已有高精度DOM成果，DEM成果及控制點庫的前提下，像素工廠軟件系統(tǒng)實現(xiàn)了大區(qū)域快速生產(chǎn)DOM成果的作業(yè)要求，相較傳統(tǒng)影像生產(chǎn)方式體現(xiàn)出較大優(yōu)勢。首先它的集群處理技術(shù),提升了計算機存儲能力，實現(xiàn)了多節(jié)點并行處理，提高了運算效率；其次依據(jù)精密的傳感器模型，可以同時處理多種衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)源，運行效率較高；通過選取少量控制點便可完成高精度的區(qū)域網(wǎng)空三加密處理，相比較傳統(tǒng)作業(yè)方法有較大的改進；同時區(qū)域化處理使整個區(qū)域影像色彩自然、色調(diào)過渡合理，成圖效果較好。

本項目生產(chǎn)過程中的問題及建議：

①由于原始衛(wèi)星影像存在的問題（部分云雪覆蓋超標(biāo)區(qū)域等），作業(yè)區(qū)個別影像采用了單景糾正的方式進行正射糾正，在控制點選取和精度控制上同樣需滿足規(guī)范要求。對于影像側(cè)視角大于25°的衛(wèi)星影像，需通過增加控制點的方式提高糾正的幾何精度。

主要質(zhì)量檢查內(nèi)容

②本次項目生產(chǎn)中，個別影像由于DEM數(shù)據(jù)存在問題，導(dǎo)致影像糾正問題，需要對問題DEM進行修改，并重新糾正。

③由于本項目所使用的原始衛(wèi)星影像時間跨度較長，影像拼接時存在部分地物不接邊及影像色彩等不一致的情況，處理時應(yīng)盡量避免和修正。

④項目生產(chǎn)所依據(jù)的DEM成果及控制點數(shù)據(jù)庫，應(yīng)及時進行更新和修復(fù)測量，以保障后期作業(yè)的成果精度。

6 結(jié)語

隨著我國衛(wèi)星獲取能力的不斷提升，對正射影像生產(chǎn)能力的要求也不斷提高，本項目的作業(yè)方法在短期內(nèi)完成了全省14萬km正射影像生產(chǎn)，成果符合設(shè)計及規(guī)范的要求。大大提高了作業(yè)效率。