卫星遥感影像在1∶1万比例尺基础测绘中的应用

肖锋，李思杰

(1.河南省测绘工程院，河南郑州 450003； 2.河南省项城市国土资源局，河南周口 466200)

卫星遥感影像在1∶1万比例尺基础测绘中的应用

肖锋1∗，李思杰2

(1.河南省测绘工程院，河南郑州 450003； 2.河南省项城市国土资源局，河南周口 466200)

豫西部分区域因受军事原因的限制，一直没有进行1∶1万比例尺地形图测绘工作，成为本省基础测绘无图区。为实现全省1∶1万地形图全覆盖，测绘主管部门提出应用卫星遥感影像进行数字测绘产品制作的方向。我院组织技术人员开展了利用卫星高分辨率立体遥感影像进行DLG、DOM、DEM的制作研究，为以IKONOS卫星高分辨率立体遥感影像为数据源，在多种地形条件下生产满足标准和规范要求的数字产品的技术应用和生产工艺化，提供成熟、可靠的经验，促进利用卫星高分辨率立体遥感影像进行数字产品制作技术在基础测绘中的应用。

无图区；基础测绘；卫星影像

1 引 言

河南省是首轮1∶1万地形图更新启动较早的省份之一。随着测绘信息技术和经济的迅速发展以及“数字河南”的逐步实施，河南省1∶1万地形图更新工作蓬勃开展，有关部门对1∶1万测绘成果的需求也越来越大。而西部山区由于地形条件、经济条件制约和军事需要，一直无法采用航空摄影的方法进行1∶1万基本比例尺地形图的测绘工作，致使该区域形成本省基础测绘无图区，影响“数字河南”对基础地形图数据的需要，难以满足西部山区防灾减灾、水土保持、林业规划等行业用图需要。随着社会经济的发展，本区域对1∶1万地形图及相关产品的需求日趋迫切。为适应这一需求和满足地方需要，为用户提供快速高效测绘服务，河南省测绘局启动豫西无图区首轮1∶1万地理空间信息数字化基础测绘任务，填补1∶1万地形图空白区，尽快实现本省1∶1万地形图全覆盖。为实现这一任务，主管部门确定了以遥感影像为数据源，进行有关数据产品生产的基本方向。循着这一方向，我们提出以IKONOS卫星高分辨率立体遥感影像为数据源，进行DLG、DOM、DEM的制作，生产满足标准和规范要求的数字产品，为这一技术规模化生产应用方面，提供成熟、可靠的经验和规范化的生产技术模式及工艺流程，促进利用卫星高分辨率立体遥感影像进行数字产品制作技术在基础测绘中的应用。

众所周知，早期高分辨率传感器的研制与应用主要是在军事领域。以较大比例尺遥感制图为目的开发应用，到20世纪90年代以后才逐渐进入商业和民用领域，并迅速地发展起来。随着空间技术的不断发展，空间遥感活动中所使用的传感器的工作波段已得到充分扩展，遥感成像传感器的空间分辨率也在迅速提高，高分辨率的卫星影像的应用得到快速发展。1 m～0.4 m遥感影像迅速发展，民用进度大大加快。利用高分辨率卫星遥感影像进行较大比例尺遥感制图以及监测人为活动对环境的影响成为可能。我国利用高分辨率遥感卫星图像进行三维定位和测图的起步比较晚，目前虽然在多个领域开展了一些相关项目(利用航天影像测图)的研究，但是大都处于研究、探索阶段，从地形来讲，限于平地的居多。尤其是在应用高分辨率卫星图像测绘地形图方面缺乏系统性的应用。豫西山区，有丘陵地、山地和高山地，对采用IKONOS卫星高分辨率立体遥感影像测绘1∶1万比例尺数字高程模型(DEM)、数字正射影像(DOM)、数字线划地形图(DLG)提供了丰富类别的地形条件，对研究利用卫星遥感测绘地形图应用的技术方法和工艺流程十分有益。

2 设计方案

针对我国遥感测图的现状，结合我院承担的多项航天领域的研究成果，探索从遥感卫星影像立体模型的建立，到地面目标三维定位、立体影像匹配、地图测图、图像融合诸多方面涉及的理论、方法和应用处理方案。尤其在遥感影像测绘地形图的外业像片布设控制点、内业加密、内业制作DOM、DEM、DLG等工艺方面取得具体成果，得到工程实践的检验和实际生产的应用，以河南省西部无图区的1∶1万遥感立体影像测图为实践目标，并对成果的精度进行全面的检测和评定，为相关技术标准的制定提供依据。

(1)通过外业布设控制点，实现对遥感影像的纠正，解决外业布点与图形精度的最优关系，探索外业控制点布设方案的最优化布设方法，为遥感影像的外业布设控制点制定技术标准提供参考依据。

(2)通过基于数字测量工作站的IKONOS卫星高分辨率立体遥感影像测绘工作，对遥感影像测绘1∶1万地形图的方法、精度及经济效益进行全面的分析和论证，探索遥感影像在1∶1万基础测绘中的应用方法和技术路线。

(3)以河南省西部1∶1万无图区为研究试验目标，以完整的工作思路和技术方案完成河南省西南部无图区131幅1∶1万DOM、DEM、DLG的制作。

(4)对内业测绘的DOM、DLG成果，利用RTK外业实地采集地物、地貌坐标与内业测绘的采集坐标进行比较，全面衡量内业测绘成果精度，为遥感影像测绘1∶1万地形图的应用提供依据。

3 实施的工艺流程设计

根据数据源情况和成果类型，工艺流程可以设计为如图1所示。

图1 工艺流程图

4 实施的技术方法

在数字摄影测量系统上，利用IKONOS卫星高分辨率立体遥感影像，利用像片控制点，采用基于仿射变换的严格几何模型方法，进行IKONOS立体影像对的绝对定向参数解算，通过自动匹配和交互式编辑，自动生成数字高程模型DEM；利用数字高程模型(DEM)，通过高分辨率卫星影像空间模型进行微分纠正，生成按比例尺或地面分解率的数字正射影像图(DOM)；采用“先内后外”的作业方法，利用IGS模块，进行立体量测，分层采集数据并对要素进行符号化，制作数字线划图(DLG)，将DLG和DOM套合输出，提供外业进行调绘修改后，返回内业利用MAPSTAR进行数据编辑，完成数字线划图生产；在检查、验收合格后，整理、上交成果。

野外控制点布设时，每个立体像对不少于9个控制点，作为基本定向点，各点应均匀分布；另外布设16个检查点，用于检查解算的精度。将所选点位及周围影像以1∶2万比例尺和254DPI输出于相纸上作为控制片，作为选点工作图，供外业控制判点和点位标注使用，像幅大小约为15 cm×15 cm，并保存其数据文件。控制点测量采用固定站加流动站的方法施测，施测时平面和高程同时进行，每个GPS网应至少联测4个平面起算点用于解算桩点的平面坐标。控制点的高程用GPS拟合高程，对于高山地区由于重力异常的存在，其区域网的高程GPS拟合应特别注意拟合模型的选择，每个GPS网应至少联测6个水准点，并应保证在GPS网的四周及中间均匀分布。高程测量时，可以利用河南省大地水准面精化成果进行解算。

IKONOS卫星高分辨率立体遥感影像测绘时，在建立测区、建模型和定义影像参数及相对定向完成后，采用基于仿射变换的严格几何模型的方法进行绝对定向。基于仿射变换的严格几何模型方法是利用至少5个以上已知的控制点，应用试验采用9个控制点，进行立体影像对绝对定向参数的解算，根据检查点不符值统计中误差。之后，通过批创建模型来划分模型区域，便于分模型测绘。

立体测图，按照GB/T 5791－93《1∶5 000 1∶10 000地形图图式》的要求和内容进行全要素测绘。地物采集的顺序为:居民地、独立地物、道路、水系、管线和垣栅、植被等。为避免重复，有关各要素的表示方法和相互间关系按要求处理。测图过程中，应对有疑问的要素做好标记，外业补调时解决。一幅图测完后，应对各类要素进行符号化，并对要素间的关系进行处理，满足图式要求。在接边和整理工作完成后，图幅应在进行图廓整饰后，将DLG与DOM套合输出，提供外业使用。外业调绘结束后，应用面向建库的数据编辑系统进行数字线划图制作。数字线划图数据生产基本质量要求，数学基础正确，平面、高程精度符合要求；要素分类、编码及几何类型按《河南省1∶1万DLG要素分类编码表》(以下简称《编码表》)执行，要素分类代码正确；各要素数据之间关系合理，公共边必须拷贝生成；各层面要素必须封闭，无悬挂点，无自相交；有向点、有向线方向正确；图幅间按规定要求接边，保持图形、属性的一致性；数据格式符合GB/T 17798，满足建库要求；同时在作符号化处理，适当编辑后亦能满足制图出版要求。

DEM生产时，在立体模型上采集地形特征信息，主要包括:等高线采集；特征线(断裂线、山脊线、山谷线)、水涯线；离散点采集。DEM生成可以充分利用立体测图中的等高线、高程点、路网、水网线等信息。DEM数据处理包括数据检查与查错、结构线生成、自动检测输入数据中的粗差并消除粗差、由TIN生成方格网DEM、质量检查和接边处理。格网间距、格网点高程精度要符合要求；DEM图幅拼接处的同名点高程必须一致；无同名点的图幅间及图幅内DEM要接边；静止水域内的DEM格网点高程原则上应一致，不允许有等高线通过。流动水域的上下游DEM格网点高程应梯度下降，关系合理；数据格式符合GB/T 17798要求，提供的信息文件要正确。

DOM制作，利用数字高程模型DEM，通过高分辨率卫星影像空间模型进行微分纠正而生成。产品数据格式为DOM影像数据以TIFF格式存储。DOM范围是一个略大于相应1∶1万地形图范围的矩形区域，相邻图幅DOM之间保留约100象元的重叠。DOM精度要求DOM地物点相对于1∶1万地形图同名点的点位中误差与接边误差符合规定，DOM影像地面分辨率为1 m。

数字产品成果还包括其他的附属内容，如元数据文件、文档资料等。

5 精度检测和评定

绝对定向精度根据多余控制点(检查点)的不符值面进行评定。平面精度——丘陵地为3.2 m，山地和高山地为4.6 m；高程精度——丘陵地0.91 m，山地1.10 m，高山地2.88 m。

对成图的检测，地形图平面精度可以达到:图上地物点对附近野外控制点的平面位置中误差，丘陵地4.7 m，山地、高山地7.2 m。

高程精度情况为:高程注记点——丘陵地1.17 m，山地2.30 m，高山地3.6 m；等高线——丘陵地1.42 m，山地2.85 m，高山地5.70 m。

DOM的平面精度情况为:图上地物点对附近野外控制点的平面位置中误差，丘陵地4.9 m，山地7.3 m、高山地7.2 m。

DEM检测，采用RTK测量的方法，直接检测格网点高程，丘陵地1.2 m，山地2.40 m，高山地3.78 m。

研究范围涉及的地形类别的三种数字产品的平面精度和高程精度可以达到目前1∶1万比例尺成图的精度要求，表明文中设计的技术方案和工艺流程在1∶1万比例尺数字产品的生产中可以推广使用。

6 结 论

在1∶1万比例尺数字产品的基础测绘中，采用基于仿射变换的方法，可以不依赖于RPC参数，只需利用少量野外控制点，就可达到比较满足标准规定的精度，在减轻外业工作量，提高工作效率方面具有明显的促进作用。卫星遥感影像相比航空摄影，成本适宜，对财力相对紧张而又急需使用测绘成果的地方开展测绘工作可以起到明显推动作用，也利于作业单位主动让利，扩大测绘服务的对象。由于获取没有较多限制，采用卫星遥感影像制作数字产品，在实现快速测绘、快速更新和保持测绘产品的现势性等方面，显示出明显的作用和显著的效果。

Application of Satellite Remote Sensing Images on the 1∶10 000 Based Surveying and Mapping

Xiao Feng1，Li SiJie2
(1.Henan Institute of Surveying and Mapping Engineering，Zhengzhou 450003，China；2.HeNan province in xiangcheng bureau of land and resources，Zhoukou 466200，China)

West Henan part of the region due to the restrictions of military reasons，has not carried out the work of 1: 10000 scale topographic mapping，surveying and mapping the basis of no plans to become the province area.1∶1 million for the realization of the province－wide coverage topographic maps，the competent department of surveying and mapping using satellite remote sensing images produced by digital mapping product direction.Organization of technical staff in our hospital carried out using high－resolution stereo satellite remote sensing images DLG，DOM，DEM production research，as with high－resolution IKONOS satellite images for the three－dimensional remote sensing data sources in a variety of terrain conditions，the production to meet the standards and norms requirements of digital products and production processes of technology to provide proven，reliable experience，and promote the use of satellite remote sensing high－resolution three－dimensional images produced in digital products based mapping application.

No map area；Basic surveying and mapping；Satellite images

1672－8262(2010)06－82－03

P231

B

2010—05—19

肖锋(1972—)，男，高级工程师，主要从事测绘及GIS技术应用研究。