“三调”正射影像生产关键技术方法研究——以厦门市等生产区域为例

（福建省制图院，福建 福州 350003）

第三次全国国土调查是重大的国情国力调查。国土调查数据是自然资源管理的基石，也是农林水利、城乡规划、环境保护等各领域发展和管理的重要基础[1]。数字正射影像图是“三调”主要的数据源，同时也是成果的重要组成部分。此次“三调”正射影像生产充分利用地理国情普查、农村土地承包经营权确权、数字城市等已有的资料，采用新获取的以国产卫星为主的优于1 m分辨率的遥感影像，快速生产分辨率优于1 m、几何精度达到1∶1万比例尺要求的卫星正射影像，为“三调”提供影像底图。笔者以福建省厦门市等地“三调”正射影像生产为例，介绍“三调”正射影像的生产流程和技术方法，探讨如何建立一套切合实际、高效的正射影像作业流程，以提高在遥感数据获取处理方面的技术能力，为服务自然资源管理奠定技术基础。

1 生产技术方案

1.1 生产区域概况

生产区域涉及福建省厦门市、漳州市、龙岩市（试点翔安区、芗城区除外）共计22个县（市、区）。厦门市、漳州市位于福建东南部沿海，总面积约3.29万km2，海域面积约2.25万km2，沿海岛礁500多个；地形由北西向东南倾斜，主要地貌依次为中低山、丘陵、台地、冲海积平原和滩涂。龙岩市位于闽西山区，全市总面积1.9万km2，山地、丘陵占总面积的94.83%；地势由东北向西南倾斜，平均海拔460 m，最高海拔1 811 m[2-4]。

1.2 基础资料收集

根据作业区域及技术要求，收集生产相关的基础资料，主要包括DEM数据、参考控制资料、其他辅助影像等，同时接收国家分发的多源遥感影像。

（1）DEM数据。包括现势性为2017年的1∶2 000比例尺DEM，地理国情普查1∶1万比例尺DEM，以及2015年30 m分辨率的厦门漳州周边海域ASTERGDEMV2全球DEM数据。

（2）控制资料。包括福建省基础测绘1∶1万卫星正射影像，福建省农村土地承包经营权确权的1∶2 000航摄影像，2017年2月厦门市1∶5 000比例尺卫星正射影像图，以及2017年0.6m分辨率厦门漳州周边海域谷歌影像。

（3）卫星遥感影像主要有BJ2、GF2等分辨率优于1 m的国产卫星，GJ1、WV3/4等国外高分辨率卫星。

1.3 技术路线及流程

正射影像生产技术路线及流程以原始卫星影像、控制成果及DEM数据为基本资料，首先对全色影像进行区域网平差，然后对全色影像与多光谱影像进行配准，之后对全色影像和多光谱影像进行正射纠正和融合，最后对融合影像进行波段计算、匀光匀色、镶嵌成图（见图1）。

图1 生产技术流程图

1.4 作业方法

（1）DEM数据处理。根据DEM数据的覆盖范围以及不同比例尺的高程精度，选择更优的参考资料参与生产，并对数据进行必要裁切和拼接以满足生产需要。对于未覆盖区域采用公开下载的DEM数据补充。对于因原始影像侧视角过大或者地形发生变化造成公路、桥梁、房屋等地物扭曲变形的区域要对DEM数据进行编辑处理。

（2）区域网平差。采用稀疏匹配和密集匹配相结合的方法进行区域网平差计算影像的外参数。对于区域网控制点稀疏或缺少的部分区域，需人工刺点采集增加其数量和密度以保证区域网的精度。初次平差后查看像方和物方平差报告，如存在粗差应剔除，则需重新平差直到精度满足技术要求。相邻景之间影像自动匹配连接点的处理方法同控制点。

（3）影像配准。多光谱影像与全色影像的配准以平差后的全色影像为控制基础，采用人机交互的方式，选取同名点对多光谱影像进行几何配准。

（4）影像融合和纠正。在不破坏原有色调层次的基础上对全色影像和多光谱影像进行预处理，对全色波段和多光谱波段进行纠正和融合，纠正方法采用双线性采样，融合方法采用Pansharpen方法完成。

（5）匀光匀色。只对分幅影像进行图像增强，不对整景纠正成果进行任何处理。在不影响图像专题信息的前提下，增强整个图像的清晰度，增强后的分幅影像色彩保持过渡自然。

（6）镶嵌裁切。色彩均衡后的影像进行镶嵌拼接。镶嵌线按照山脊、河流、道路等线状地物走势调整，使相邻景之间过渡自然。个别景存在的云覆盖和阴影，利用相邻景重叠区域无云覆盖及阴影的影像。县域分幅影像成果根据分辨率不同分块裁切，以县级行政区为单位，相同分辨率影像镶嵌为一个完整的影像文件。如果一个同分辨率镶嵌影像面积<100 km2，县域内相邻的不同分辨率影像重叠20 m。县域镶嵌块信息文件没有外扩。

（7）数据检查。主要对以下7个内容进行检查：① 数学基础；② 纠正分辨率；③ 影像是否有云雾、曝光过度等；④ 是否存在较大拉伸、变形、缺漏；⑤ 相邻影像之间接边误差情况；⑥ 统计评估平面位置中误差、接边误差情况；⑦ 元数据。

2 技术问题处理

2.1 数据分析与整理

整理分析现有资料的现势性和可用性，并进行必要的筛选和处理。

（1）像控资料整理。主要有3个方面：①查验像控资料的数学基础、覆盖范围、现势性、接边质量、数据格式等，为快速浏览DEM文件，通过脚本程序完成非标准格式.grd文件向.asc文件的转换；② 采用高精度参考DOM时，建议将DOM颜色模式转换为灰度影像，以减少其数据量从而提高生产效率；③ 对于不同精度组合使用处理时，要注意接边处质量检查。

（2）原始影像整理。由于影像类型多源，因此需要进行预处理工作。如rpc文件标准化、世景卫星影像拼接以及阿里郎卫星影像波段拆分组合等，原始影像范围要在像控资料覆盖范围内，确保原始影像边缘纠正精度。如果原始影像范围超出像控资料范围，需要补全像控资料，可以通过下载获取相对精度较高的数据作为控制数据参与生产。

2.2 原始卫星影像数据问题

原始影像可能存在云雾、噪声、阴影、过度曝光等问题（见图2）。对于原始影像存在噪点、云雾的情况，大部分可以用其他影像代替进行修改。部分区域由于原始影像侧视角偏大，导致地物存在阴影，比如建筑物、植被阴影，可通过Photoshop软件选择参照物适度调节阴影区域的亮度处理，但要保持地物的立体感和真实感。大量曝光过度的情况可通过Photoshop的色阶工具调整图像的亮度或采用色彩平衡的技术手段达到曝光抑制。

图2 噪点、云雾、阴影、曝光过度图

2.3 地物扭曲变形问题

对于DEM现势性差或原始影像造成公路、桥梁、房屋等扭曲变形（见图3）的情况，处理方法是对DEM进行修编，可通过选取变形区域附近的地面点，取其平均高程值赋给变形处的地面，并做置平、平滑处理等[5]。

图3 地物扭曲图

2.4 地物拉伸问题

原始影像侧滚角度偏大或DEM时效性等原因造成地物拉伸（见图4）。大片拉伸会影响影像判读的区域，可通过编辑DEM（DEM内插）进行修改，影像拉伸变形修复尽量保持修补处色彩过渡自然，地物合理接边无错位、重影和发虚现象，保证地物的完整性和合理性。

图4 地物拉伸图

2.5 镶嵌线编辑

编辑镶嵌线（见图5）时尽量沿线性地物边缘或线性地物色彩差异不大的位置编辑，绕开人工地物、水体，山地区域，尽量沿地类边界清晰处编辑。同时要注意云雾、阴影、噪点、曝光、变形拉花、接边等问题的处理，保证质优影像置顶；注意镶嵌线与界线、外扩范围线等的拓扑关系检查和处理。

图5 镶嵌线编辑图

3 成果质量控制

质量控制实行两级检查一级验收制度。一级检查由福建省制图院总工办负责，利用已有的资料数据对内业进行质检；二级检查由福建省测绘产品质量检测中心负责(含外业精度检测)；一级验收由国家测绘产品质量检验测试中心组织实施。另外，单位为了提升质检人员的技术水平，特邀请专家做影像质量检查技术培训，还派人员到福建省测绘产品质量检测中心学习。项目实施中为加强对过程成果的质量把控，将生产工序逐环节分解并制作质量跟踪卡，对生产过程中从数据准备到国检意见修改全过程的21个作业环节进行质量跟踪到人，确保中间成果质量100%合格。

福建省第三次全国国土调查正射影像生产成果前后分10批次提交，各批次检查结果总体良好，各个批次过程检查良好，质量检查和成果验收合格。

4 结 语

正射影像成果在福建省第三次全国国土调查工作起到良好的调查底图支撑作用。此次在“三调”影像生产任务中建立了一套切合实际的正射影像作业流程，解决了在多源遥感影像生产过程中的诸多技术难题。在后续的影像生产工作中应加强项目质量追踪制度的落实，有效追踪和把控各个环节的质量，从而形成一套完善的影像生产技术和质量体系，为后续自然资源调查监测提供及时的数据和技术支撑。