数字正射影像在月亮泡蓄滞洪区的应用

李 丹，王剑峰

（水利部松辽水利委员会，吉林长春 130021）

0 引言

月亮泡蓄滞洪区是国务院批复的《松花江流域防洪规划》中确定的骨干调蓄工程，是松花江流域防洪工程体系的重要组成部分，与白山、丰满水库承担100年至200年一遇的防洪任务。蓄滞洪区工程设施、安全设施等基础信息资料，在蓄滞洪区防洪建设工程、安全设施建设、居民避洪安置，以及蓄滞洪区风险管理方面发挥着基础性、支撑性作用。只有依靠系统、完整、准确、可靠的基础资料，才能有效保障蓄滞洪区建设、管理、调度、决策等的科学性和准确性，才能有针对性地制定出切合蓄滞洪区特点的治理、建设和管理方案。因此，迫切需要开展月亮泡蓄滞洪区数字正射影像制作工作。目前，松辽流域内利用高分辨率QuickBird，SPOT影像制作大比例尺正射影像图的应用较多［1］，处理WorldView、GEOeye、Pleiades卫星影像的案例比较有限。本文结合项目实际情况，提出利用WorldView、GEOeye、Pleaides卫星影像制作1∶10 000数字正射影像图的制作流程，并就制作过程中涉及的技术环节以及质量控制进行探讨，为松辽流域蓄滞洪区正射影像数据生产提供有力的技术支持。

1 影像数据前期准备

月亮泡蓄滞洪区位于嫩江一级支流洮儿河入嫩江河口处，北部为吉林省镇赉县所辖，南部地处大安市境内，东部与黑龙江肇源县隔嫩江相望。根据《松花江流域蓄滞洪区建设与管理规划报告》和《松花江流域防洪规划》，蓄滞洪区范围由原月亮泡片、新荒泡片、6号坝片、4号坝以西片四部分组成。

此研究采用的数据是WorldView、GEOeye、Pleaides多光谱影像、全色影像数据条带各4条，全色影像空间分辨率为0.5 m，影像获取时间为2012年5至10月，影像的含云雪量均小于2%。以1:10 000格网DEM成果为辅助资料，采集的控制信息包括野外实测获取的26个正射纠正用控制点和20个平面精度检查点。平面坐标为CGCS2000，高斯-克吕格投影3°分带，中央子午线123°，高程基准采用1985国家高程基准。

2 数字正射影像制作方法

2.1 制作流程

采用精度符合要求的控制资料和DEM数据为控制、纠正基础，对项目区的高分卫星影像进行正射纠正，并对纠正后的影像进行融合、镶嵌、整饰等。基于WorldView、GEOeye、Pleiades的1∶10 000数字正射影像的制作流程如图1所示。

图1 数字正射影像制作流程

2.2 技术环节

月亮泡蓄滞洪区1:10 000数字正射影像的制作过程涉及一些主要的技术环节，包括原始影像检查、影像融合、影像纠正、影像调色、影像镶嵌、标准图幅裁切等。

2.2.1 原始影像检查

1）检查原始卫星影像的图面质量，查看影像是否有斑点、噪声、掉线、条带、光谱溢出、模糊等现象；

2）检查影像侧视角，是否满足规定要求；

3）检查卫星影像的云雪雾是否存在规定范围以内，即：整体云雪量不大于2%。

2.2.2 影像融合

为了保证影像融合的质量，该研究分为以下几个步骤：融合前处理，融合算法的选取、实现，融合后影像处理和结果检查。

1）融合前处理

融合前，对影像进行色调调整：一方面，提高全色数据的亮度，增强局部反差突出纹理细节，尽可能降低噪声；另一方面，对多光谱数据进行色彩增强，拉大不同地类之间的色彩反差，突出其多光谱彩色信息。

2）融合算法的选择

根据影像波段的光谱范围、地物和地形特征等因素，选择能清晰表现土地利用类型特征和边界、色彩接近自然的融合算法。在遥感影像处理过程中，通常采用的融合方法有IHS变换、主成分变换、小波变换、高通滤波、结合GRB与IHS变换的Pansharp融合等多种方法。由于研究区域存在众多的水体和道路等重要的细节信息，基于高通滤波变换的影像融合方法能够提高影像高频细节，突出影像结构信息，各种交通和水体的边缘规则、无模糊。因此，该研究区域遥感影像融合方法选择高通滤波变换法。

3）融合后影像处理

融合后影像处理是保证成果质量的重要技术环节，融合后影像通常亮度偏低、灰阶分布动态范围小。该研究利用ERDAS软件，采用线性或非线性拉伸、亮度对比度、色彩平衡、色度、饱和度和明度调整等方法进行色调调整。处理后的影像达到灰阶分布，具有较大动态范围，纹理清晰、色调均匀、反差适中，色彩接近自然真彩色，可以清晰判别耕地等重要地类类型。

4）融合效果检查

融合效果检查是保障影像融合质量的关键步骤，该研究融合效果检查主要包括影像整体亮度、色彩反差是否适度；影像整体色调是否均匀连贯；影像纹理及色彩信息是否丰富，有无细节损失；地物边缘是否清晰明确等。

2.2.3 影像纠正

该研究利用基础控制资料（外业实测）和数字高程模型（DEM），通过使用有理函数模型（RPC模型）对融合后的影像进行投影差改正和地理编码。采样间隔为原始影像的像元大小，方法采用3次卷积内插法。以外业检查点成果作为检查基础，检查研究区域数字正射影像成果的纠正精度，正射影像地物点平面位置相对于野外控制点的点位中误差应不大于±5 m，与相邻单景正射纠正成果的接边限差为2个像元。如果纠正精度超限，查明超限原因，并进行必要的返工，直至满足要求为止。

2.2.4 影像镶嵌

该研究通过镶嵌线对融合后的正射影像进行镶嵌处理。为保证镶嵌质量，在影像镶嵌前，主要通过影像叠加显示、量测、目视观察等方法进行精度检查。镶嵌线选取线状地物或地块边界等明显分界线，达到了镶嵌影像中的拼缝尽可能消除的效果，使不同时相影像镶嵌时保证同一地块内纹理、色彩自然过渡，有利于后续的现状地物判读和解译。

2.2.5 标准图幅裁切

为了得到标准分幅的数字正射影像成果，按照GB/T 13989-2012《国家基本比例尺地形图分幅和编号》，确定成果数据的分幅范围、名称和图幅数量［2］。该研究区域遥感影像镶嵌成果检查合格后，利用ERDAS软件，按照1∶10 000标准分幅内图廓外接矩形外扩50像素范围裁切标准分幅影像，图幅内缺少影像数据区域以白色填充。

3 精度分析与质量评价

为保证数字正射影像数据的质量和精度，需要对其进行精度验证和质量评价。

3.1 质量评价

1）图面检查

该研究数字正射影像成果图面检查中发现，部分相邻影像存在镶嵌线局部从超过2个像素的地区穿过、图面有扭曲、相邻影像之间存在色差等问题，问题区域返回作业组进行修改并填写检查记录表格，经修改后，符合规定要求。

2）镶嵌线检查

对影像镶嵌进行逐屏检查，对于满足接边精度要求但线状地物不连续的区域进行了处理，修改后经复查核实确认地物接边完好，符合规定要求。

3.2 精度分析

1）接边精度分析

数字正射影像镶嵌过程中，发现部分影像与相邻影像接边难度较大，出现接边区域多处局部超限无法走镶嵌线，该研究在局部超限区域采用人工加点将误差减小到质量要求内的修改方法完成镶嵌，接边平均误差0.8 m，符合规定要求。

2）平面精度分析

该研究针对数字正射影像数据的平面精度分析，采取将实测控制点的坐标值与在成果数据上量取的坐标值相比较的方法，在数字正射影像中共选取了20个同名点，按下式统计中误差的方法，获取数字正射影像平面精度，平面中误差0.98 m，符合规定要求。

式中：Xi，Yi为实测控制点坐标值；xi，yi为纠正后DOM上量取的坐标值；Mx，My为检查点在X，Y方向的点位中误差；n为检查点个数；M为检查点点位中误差。

4 结论

数字正射影像数据具有直观、信息量丰富、可读性强等诸多优点，作为传统光学影像图的替代和更新产品，不但体现在其制作工艺、制作方式、制作技术和流程上的科学性，更体现在其产品的多用性和先进性。本文提出基于WorldView、GEOeye、Pleiades的1∶10 000数字正射影像数据的制作流程，并就数据处理过程中涉及的影像纠正、影像融合、影像镶嵌、标准分幅与裁切等技术环节，以及成果质量评价和精度分析方法进行探讨。该套工作流程在月亮泡蓄滞洪区数字正射影像数据制作项目中得到了应用，成果质量和精度均达到了项目目标，相邻图幅接边正确、影像无模糊或错位，色彩均衡、自然，影像清晰易读、反差适中、色调均匀一致，连续色调的变化自然，表明本文方法具有较强的实用价值和操作性。

［参 考 文 献］

［1］蒋红，王睿.浅谈数字正射影像图的制作与应用［J］.测绘与空间地理信息，2014，37（3）：151-152．

［2］许康，卢刚，丁荣荣.1∶10 000 Pleiades卫星数字正射影像图的制作方法与质量控制［J］.测绘与空间地理信息，2015.