利用QuickBird影像快速更新1∶2 000地形图技术方法探讨

柴红梅，李津岭，张健

(哈尔滨市勘察测绘研究院，黑龙江哈尔滨 150010)

利用QuickBird影像快速更新1∶2 000地形图技术方法探讨

柴红梅∗，李津岭，张健

(哈尔滨市勘察测绘研究院，黑龙江哈尔滨 150010)

首先介绍了QuickBird影像概况，然后通过对影像纠正精度分析说明，利用QuickBird影像更新地势较为平坦地区的1∶2 000地形图是可行的。

QuickBird；几何纠正；更新

1 引 言

1∶2 000地形图是城市基础地理信息系统重要的数据源之一，是国民经济建设重要的基础测绘资料。如何快速、准确、经济地更新 1∶2 000地形图，保持地理信息数据的现势性是城市测绘单位所面对的重要课题。目前1∶2 000地形图更新多采用航空摄影测量方法进行，该种测图方法与以往的全野外测图相比效率有了大幅提高，但因其投资大，成图周期长，不能满足城市建设迅速发展的需要。QuickBird影像具有分辨率高、信息丰富、覆盖面积大、获取周期短的优点，其地面分辨率可达到0.61 m。本文通过生产实践，介绍利用QuickBird影像更新1∶2 000地形图的可行性。

2 测区资料情况

2.1 QuickBird影像概况

QuickBird卫星由美国DigitalGlobe公司于2001年10月18日发射成功，其具有多光谱成像(1个全色通道，4个多光谱通道)、全色波段分辨率(0.61 m)、多光谱分辨率(2.44 m)、成像幅宽(16.5 km×16.5 km)、轨道高(450 km)、重访周期为1～6d等特点。

QuickBird影像产品分为3个级别:

(1)基本产品(Basic Product)

基础产品是QuickBird影像产品系列中处理最少的一种，只经过辐射校正、传感器内部几何校正、光学畸变和传感器校正。基础产品既没有地理参考也没有地图投影，提供QuickBird的传感器模型。

(2)标准产品(Standard Product)

标准产品是用粗DEM做了地形误差校正、有地理参考的产品，经过了辐射校正、传感器和卫星平台引起的系统误差校正，具有地图投影。

(3)预正射影像标准产品(Ortho Ready Standard Imagery)

预正射影像标准产品是未经过地形校正的产品，只经过了辐射校正、传感器和卫星平台引起的误差校正，具有地图投影，投影到每景影像覆盖区的平均基高。用户可以直接通过相关专业软件结合自己的DEM，RPC参考模型、地面控制点来做正射校正。广泛应用于对绝对定向精度要求较高的情况。

2.2 测区及其资料情况

本次更新1∶2 000地形图范围为哈尔滨市四环路范围及松北区、平房区近240 km2。

哈尔滨市区分布在松花江形成的三级阶地上。第一级阶地海拔在132 m～140 m之间，主要包括道里区和道外区，地面平坦；第二级阶地海拔145 m～175 m，由第一级阶地逐步过渡，无明显界限，主要包括南岗区和香坊区的部分地区，面积较大，长期流水侵蚀，略有起伏。

本次作业采用的QuickBird影像实相均为2009年，产品级别为预正射影像标准产品。产品类型为原始全色波段和多光谱数据经过配准、PanSharping算法融合处理步骤后的16bit 4波段(红、绿、蓝和近红外波段)彩色影像数据。

3 QuickBird影像预处理

3.1 QuickBird影像预处理

QuickBird原始影像数据分块存储，数据量大且光谱信息不丰富，需进行预处理，步骤如下:

(1)利用Erdas软件中的镶嵌功能将分块影像拼接成一整景影像；

(2)拼接后的影像数据量大，需将16 bit的数据转换为8 bit的数据；

(3)原始影像数据由4个波段组合，且光谱信息不丰富，为增强影像的判读能力，需对波段进行

重新组合和波段运算，达到增强影像光谱信息的效果。

3.2 控制点的选取和测量

本次作业所有控制点均为外业GPS实测，平面位置的测定精度约为0.05 m，且均匀分布于整个制图区域，共实测320个GPS点，其中控制点200个，其余120个作为检查点，点位分布如图1所示。外业控制点的精度将直接影响影像纠正的精度。控制点的选取遵循如下原则和要求:选取影像上清晰能准确定位不易变化的地物，一般首选在道路、田埂等线状地物交叉处，其次选在能准确定位的拐角和点状地物的几何中心。点位应尽量选择在高程变化不大的地面上，不允许在楼房、围墙、水塔、烟筒等建筑物上选点。同时均匀布设GPS实测检查点，用来检查影像纠正精度。

图1 控制点点位分布图

3.3 DEM数据

本次采用的DEM范围覆盖作业区域，数据源为哈尔滨市1∶1 000地形图高程点信息，数学基础与纠正后的影像一致，平面系统为哈尔滨市城市坐标系，高程系统为大连高程系。

3.4 影像几何纠正

由于测区地形较为平坦，采用二次多项式几何纠正模型进行影像几何纠正。遥感影像处理采用目前广泛使用的美国Erdas公司开发的Erdas Imagine 8.7。利用随原始影像提供的RPC数据，配合控制点与高程(DEM)数据对影像进行正射纠正。

(1)数据类型:QuickBird 0.61 m全色数据。

(2)纠正单元:采用完整的测区为纠正单元。

(3)投影系统:平面系统采用 哈尔滨城市坐标系，高程系统采用大连高程系。

(4)影像重采样间隔:采样间隔为0.61 m，尽量采用原影像分辨率，重采样方法为双线性内插。

(5)标准分幅:按照1∶2 000地形图分幅。

4 工程实施

测区现有1∶2 000地形图240幅，格式为DWG。利用DJC－数字测绘系统将纠正后QuickBird影像与地形图叠加，判读地理信息要素，仅需对变化的地物要素进行更新，其中利用竣工测件更新的建筑物为外业实测，本次更新不做任何修改。采集时要注意消除投影差，先采集房顶的形状，再将采集的图形移至房脚。更新技术流程如图2所示。因生产过程为比较常见的作业方法，在此不过多加以说明。

图2 技术流程图

5 精度分析

5.1 QuickBird影像几何纠正精度

选取检查点与纠正后的影像与进行叠加，检查影像纠正精度，在市区每平方千米平均两个检查点，郊区每平方千米为一个检查点。精度评定公式如下:

其中:ms为点位中误差，n为检查点个数，Xi、Yi为检查点的x、y坐标，xi、yi为纠正后影像上检查点的x、y坐标。精度检测结果如表1所示。

精度检测结果 表1

点位中误差为米，精度指标已经到达1∶2 000地形图点位的绝对精度要求，表明采用QuickBird影像可以满足对1∶2 000地形图进行更新的要求。

5.2 1∶2 000地形图采集精度

本次作业共更新1∶2 000地形图240幅，随机抽取其中48幅地形图，计算出相对于作业底图Quick-Bird影像采集中误差为±0.30 m，故采集精度按Quick-Bird影像分辨率0.61 m计算。

5.3 1∶2 000地形图图上地物点对最近野外平面控制点的精度

该精度主要取决于QuickBird影像几何纠正精度和1∶2 000地形图采集精度。两者按独立误差的联合影响，计算1∶2 000地形图图上地物点对最近野外平面控制点的中误差为:

综合以上误差分析，表明采用QuickBird影像更新1∶2 000地形图在平面精度上可以满足《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形图数字化规范》GB/T 17160－2008的要求。

6 结 语

通过本次生产实践表明，在地形起伏不大的区域利用QuickBird高分辨率全色遥感影像更新1∶2 000地形图是可行的，这种更新城市大比例尺地形图的方法具有快速、准确、经济等优点。

[1]孙成忠，李成名，洪志刚.基于卫星遥感影像的城市地图快速更新技术[J].测绘通报，2002(12):17～19

[2]高喜霞，柴红梅，陈庆华.QuickBird影像在城市中的应用研究[J].测绘与空间地理信息，2008(2):65～70

[3]杨泽运，康家银，赵广东.利用QuickBird遥感影像更新城市大比例尺地形图[J].测绘工程，2005(2):29～31

Quality Control Standard and Technique of Haerbin 1∶2 000 Digital Orthophoto Maps

Chai HongMei，Li JinLing，Zhang Jian
(Harbin institute of Geotechnical Investigation and Surveying，Harbin 150010，China)

Firstly this paper introduce the Overview of QuickBird image，then explain the geometric accuracy，make use of QuickBird image update 1:2000 digital orthophoto maps for Flat area is feasible.

QuickBird；geometric rectification；update

1672－8262(2010)03－85－03

P231

B

2010—01—06

柴红梅(1972—)，女，工程师，从事空间数据质量控制及地理信息系统的应用。