卫星影像在基础测绘1∶10000 地形图更新中的应用

李兰

（甘肃省测绘工程院， 甘肃 兰州 730000）

1 引言

1∶10000地形图在国民经济发展中应用广泛，例如在土地规划、国土资源普查、地质灾害防治、退耕还林等社会发展与国民经济活动中[1]。1∶10000地形图基础测绘的主要手段有全野外测绘、航空摄影测量、遥感技术测绘。随着航天科技事业的发展，遥感卫星影像空间分辨率达到10m以内，高分辨率的遥感卫星影像测图逐步应用在基础测绘中，不仅能帮助测绘工作者完成大比例尺遥感制图，还可以在较小的空间尺度表现更细节的地形内容[2-3]。近年来，采用卫星影像进行地形图更新广受欢迎，研究卫星影像在基础测绘1∶10000地形图更新中的应用，实用性较强，极大丰富遥感卫星影像在基础测绘地形图更新中的应用内容。

2 卫星影像测图介绍

2.1 卫星影像测图

卫星影像测图通常是借助很多个线阵列形式的CCD传感器，通过CCD传感器的探测监视获取卫星轨道上同一轨道前后方向的图像，再由卫星CCD传感器进行一定角度的旋转，获取其他轨道方向上的图像。这种图像获取方法称为推帚式扫描方法。该方法可以保证飞行目标在自定轨道上的中心投影，这个中心点作为卫星影像测图的一个重要参照点。通过实时扫描获取中心点，获得卫星飞行方向上的扫描图像，每一次获取的图像均包含该图像对应的中心点参数与坐标值。由中心点参数值与坐标值可以确定卫星影像中各个元素的几何关系。因而，各个元素图像的成图质量或分辨率与中心点参数值及坐标值密切相关。

为了改变原有的卫星影像测图模式，提升卫星影像测图的质量与分辨率，需对原有的同轨共线扫描与他轨核线方式进行修正。利用卫星扫描方向上图像与CCD传感器共线的原理，建立传感器共线方程模型。

2.2 卫星影像测图纠正

卫星影像成图涉及遥感卫星的正射推帚式扫描，这种扫描方式，需要在测图过程中对卫星影像进行正射纠正，以达到更新地形图数据的目的。正射纠正影像平面位置中误差通常需要满足表1要求。

表1 卫星正射影像数据平面位置中误差要求

卫星影像正射纠正主要从三方面入手：（1）精简共线模型CCD传感器所获得的卫星影像参数，保证卫星影像定位定向准确；（2）进行图像处理，将待更新的地形图等高线高程控制点内插入图像共线方程 ；（3）基于卫星影像参数模型与图像共线方程进行数学求解（数字微分），并结合地形图获得数字正射影像图。

3 实际案例分析

3.1 工程背景

为提升国家1∶10000基础地理信息数据的准确性，保障国民经济快速发展，根据原国家测绘地理信息局规划，需对全国范围内的基础地理信息数据库进行更新，更新底图主要采用卫星影像。目前已获得1∶10000地形核心元素图，该图绘制时间较早，采用的是1980西安坐标系。同时根据不同要素种类进行了几何划分，保障了数据分层更新使用；数据层共分为15层，经度差、纬度差均参照制图要求规范。卫星影像包含高分辨率TIF格式的正射影像数据，坐标系与前者相同。外业获得的踏勘资料、车载GPS信号道路数据及其他辅助数据资料，为地形图更新提供了参考依据。

3.2 作业流程

利用卫星影像更新地形图，首先需要进行卫星影像正射纠正，完成预处理工作。参照《数字正射影像数据规定》对卫星影像进行检查、裁切，并按照1∶10000地形图标准比例尺分幅处理，再对卫星影像数据的精度、元素坐标、分辨率、色调、色彩模式等检查核对，调整不符合《数字正射影像数据规定》的图幅。

在完成卫星影像基本数据预处理后，开展基于卫星影像的基础测绘地形图更新作业。作业流程主要包含八个方面：①调查资料收集与分析；②区域测绘方案设计；③工程资料背景及地形图更新数据准备；④地形图控制点要素判别与采集；⑤局部地形数据的补测更新；⑥内业测绘数据资料的整理；⑦成果验证鉴定；⑧汇总成果。数据调绘更新作业流程如图1所示。

图1 地形图数据调绘更新作业流程

3.3 内外业调查绘图

在地形图更新基础上，数字栅格地图（DRG）和卫星正射纠正影像（DOM）相结合，确保内业调绘地形图误差符合相关规范要求，例如矢量数据的相对背景误差不可超过0.2mm。按照地形图区域情况，对各测区的自然地理及道路、植被、居民建筑等重点选取标定。

根据相关要求，保证各部分的地形图符号与颜色均按照给定的图例表示，并给出相应的地形图绘制调查片段完成核验检查。DRG与DOM叠加图中的重要控制点要素，对控制点位置、大小清晰标记，明确指向，最后输出dwg文件格式，满足Auto CAD文件格式要求[4]。

DRG与DOM叠加后，某些交叉区域无法进行叠加处理，需要外业补充调绘，内容主要有记录地形图中更新要素的地形地貌、调查地形要素属性、核查地理名称准确性、记录外业测绘路线及内容。调绘后更新整理地形图数据，补充更新后的地形图资料数据库。

3.4 数据整理与调整

对数字栅格地图与卫星正射纠正影像处理后得到矢量地形图，结合调绘数据整理出地形影像叠加图，其中包含地形图中不同的绘制单元要素。针对不同的单元要素，根据实际位置，按照表2要求绘制调整。

表2 要素调整方式

3.5 数据入库

将更新后的地形图元素导入数据库，得到卫星影像与数字栅格图坐标叠加后的地形图（如图2所示）。

图2 卫星正射影像与数字栅格地图叠加更新后地形图

4 结论

卫星影像在基础测绘1∶10000地形图更新中应用较为广泛，有利于基础测绘地形图工作矢量化，丰富地形图内容。通过卫星影像更新基础测绘1∶10000地形图，按照一定作业步骤，完成卫星正射纠正影像数据与数字栅格地图叠加更新地形图，可以提升地形图数据的准确度，减小数据叠加误差，为卫星影像在基础测绘大比例尺地形图更新中应用提供了参考。