卫星影像在基础测绘1∶10 000 地形图更新中的应用分析

方醒

（安徽省第三测绘院，合肥230012）

1 引言

以往基础测绘1∶10 000 地形图更新主要采用航空数码影像，这一技术极易受气候、地理条件等因素干扰，且数据生产历时较长，无法保证地形图更新时效性。而利用卫星影像，可以通过高分辨率立体测绘卫星搭载光学相机，构建三线阵立体测图体系，突破气候、地理因素干扰，并压缩数据生产周期。基于此，探究基础测绘1∶10 000 地形图更新中的卫星影像应用技术非常必要。

2 应用概况

2.1 卫星选择

本次卫星影像拟采用我国自主研发、发射的第一颗光学高分辨率民用立体测图卫星——资源三号卫星，卫星搭载4 台相机（1 台分辨率为5.8 m 的多光谱相机+3 台分辨率为2.1 m、3.5 m、3.5 m 的全色相机），均为线阵推扫模式，光谱相机幅宽为52.0 km，回归周期为59 d，轨道倾角、轨道高度分别为97.421°、505.984 km，可以满足全球南纬84.0°～北纬84.0°以内无缝影像覆盖要求。该卫星影像在焦平面上对若干片时间延迟积分电荷耦合器进行了交错安装，再配合分光等模式，可以获得一条类似于直线的耦合阵列。

2.2 技术指标

测区平面基准、高程基准分别为2000 国家大地坐标系与1985 国家高程基准。其中，平面基准为高斯-克吕格投影，分带度为3.0°，中央经线为120°。平面位置精度（地形图上地物点对周边野外控制点平面位置误差）要求低于±0.75 mm，高程精度要求（高程注记点、等高线对周边野外控制点高程误差）分别小于2.5 m、3.0 m。

3 应用流程

3.1 控制点与像控点布置

测区均为山地、高山地环境，交通不便，现有影像均为单景立体影像[1]。因此，在控制点布置时，需要围绕控制测区范围，将平高控制点分别布置在测区4 个角，并尽可能共用相邻景重叠部分平高控制点，在区域中心周边布置1 个及1 个以上平高检查点，利用LB102 的B 级控制点作为条件检核。共布置2 个检查点，保证平差精度。

在像控点布置时，选择GPS-RTK 方法，经南方S86GPS-RTK 接收机LNCORS 客户端接收播发的信号，确定点位信息，选择周围无遮挡信号、实地可精准辨别、影像清晰度高的像控点坐标[2]。测区内设置的平高像控点位置为16 个，实际测量像控点为28 个，测区4 角采集方式为对点采集，其余针对目标，结合实地位置进行逐点采集。测区墙角、房角目标像控点均位于目标点顶部，地角、道路交叉口以及类似位置目标像控点实际位置精度小于1.0 m。

3.2 地形要素表达

采用16 个像控点定向结果进行立体图像构建时，需要开展DLG 采集工作。在DLG 采集工作开展过程中，需要以最新控制点资料为依据，进行1∶10 000 地形要素指标的重新表达，包括居民地及设施、水系及附属设施、境界及地名、交通及附属设施、管线及附属设施等。

对于居民地及设施，更新后的地形图可以在宏观层面进行居民地轮廓、分布特征连通性、其他相关要素的反映。即依托测区矢量图，经卫星立体像对、航片立体像对分别采集房屋，并分别利用红色线、黄色线表示。同时在线划图下进行航片DOM 套合，可以在保证影片分辨率处于较高水平的同时，促使卫星影片在房屋综合尺度上处于较大数值。而针对利用线状、点状表示房屋判读难度大的情况，可以在外业调绘片应用基础上，利用时效更新的卫星图片数据表示新增房屋。

对于水系及附属设施，在面状水系要素范围线出现变化时需要进行相应面要素的同步更新，同理，在出现线状水系新增、新消退时也需要进行相应线要素的同步更新。一般在河流、沟渠实地宽度超出5.0 m 时，可以选择双线依比例尺结合外业调绘、其他资料表示河流、沟渠；而对于面积超出200.0 m2的面状水系，则可以利用外业调绘+其他资料直接在卫星图像上表示。

对于境界及地名、地貌，利用最新境界资料以及最新行政区划简册、全国地名普查数据进行更新，进而在立体模型下，重新采集地貌变化区域信息，进行等高线、高程点更新。

对于交通及附属设施，利用宽度指标的依比例尺（按实际宽度构面）表示双线道路。若需更新道路信息，则依据公路部门发布的最新资料以及外业调绘片，利用依比例尺表示宽度超出20.0 m 的道路以及城区宽度超出7.0 m 的市政道路[3]。

对于管线及附属设施，若需更新相关信息，则可以依据电力部门提供的电网数据、水利部门提供的水网数据，进行新增、新建、拆除管线及附属设施的重新转绘。

3.3 空三加密及数据处理

空三加密主要是利用MapMatrix 卫片空三加密软件，经过坐标系定义、影像引入、制定RPC、引入控制点、创建立体相对、设置水平分辨率等环节，进行影像自动加密[4]。

数据处理时，采用美国遥感图像处理软件ENV15.0 对单景数据进行处理。先利用软件自带的RPB 文件，进行辐射校正，将传感器自身、太阳高度角、地形、大气干扰消除。操作时需要通过经典模式启动软件，调入卫星影像并打开。在图像显示窗口内单击右键选择“Cursor Location/Value”，自动识别卫星影像数据自带的RPC 文件并进行辐射校正，同时将辐射校正后的卫星图像映射到指定地图投影坐标。

在卫星图像映射到地图投影坐标后，利用高程模型DEM数据定位进行正射影像校正，将卫星运行、成像阶段引发的几何畸变消除。 操作时需要登录主菜单 Map 选择“Orthorectification”中的“Generic RPC and RSM”，先后将待纠正的全色影像、卫星数据自带DEM 文件加入“RPC Orhtorectify using RPC or RSM”中。进而通过Export 进行路径文件保存。循环开展上述操作，可以完成数据影像校正。

在数据影像校正后，针对同一测区图像重叠问题，可以利用软件自带的重叠区匹配点功能进行精确配准[5]。操作时需要先在软件中打开全色、多光谱影像，即通过主菜单打开“Registration”中的“Selet Geps：Image to Image”，在几何校正模型内选择“base image：display#1 warp image：display#2”。然后，以全色影像为基准，选择同名控制点（25～30 个均匀分布）。即通过“Ground Control Points Selection”窗口，点击Add Point 寻找控制点，在同名控制点数量大于3 个时由RMS 进行误差的自动计算。根据计算的数据，选择同一窗口下的“Predict”键自动校正。同时在GCP List 窗口中，根据RMS值进行控制点调整（删除、重新确定）并点击Update 键刷新，进行多光谱影像配准（将RMS 值控制在1.0 以内），配准后的多光谱影像、全色影像中相同地物所处位置相同。最后，通过“Ground Control Points Selection”窗口的“options”中“warp file”保存多光谱影像。

在获得多光谱影像后，需要依据前期配准流程，选择地面控制点定位校正法，手工输入野外实测或地形图中读取的控制点坐标，促使数据影像位置、用户所需坐标系实际坐标一一对应。在这个基础上，打开主菜单Transform 中的“Image Sharpening 下拉菜单”，选择“Gram”中的“Schmidt Spectral Sharpening”，先后选择低分辨率多光谱影像、高分辨率全色影像，将高分辨率全色影像、低分辨率多光谱影像融合。两者融合后，可以结合所需范围的正射影像图，进行接边、裁切、镶嵌处理，获得无拼接痕迹的新图像后导出。

4 应用质量控制及结果

4.1 DOM 数据控制

DOM 数据质量对1∶10 000 地形图更新结果具有直接影响。为保证DOM 数据质量，基础测绘人员应先后对空间参考系、位置精度进行检查[6]。在空间参考系检查时，基础测绘人员应以数据坐标系统、投影参数、高程基准及图幅分幅为依据，对照技术设计要求，进行检查；而在后者检查时，基础测绘人员应依据外业测量检查点，对DOM 数据平面位置中的误差进行检测，并以精度检测报告的形式进行分析。比如平面检测局部数据如表1 所示。

表1 平面精度检测数据（局部）

4.2 影像质量控制

在利用软件进行影像校正处理的基础上，基础测绘人员还需要在测绘工作开展前，对参数设定准确与否进行检查[7]。在确定参数设定正确之后，对照前期要求，确定加密点点位设置定向结果是否与精度相符，保证空三过程中控制点点位分布均匀、基本定向点分布合理、点位数量及密度达到标准要求。同时对基本定向点残差、公共点较差、多余控制点较差进行计算，保证其均在精度要求范围内。比如，该测区X、Y、Z 方向的控制点坐标残差偏移值分别为0.012 141 m、0.036 982 m、-0.004 124m，测区X、Y、Z 方向的控制点坐标残差标准值分别为0.332 141m、0.623 521m、0.163 25m，测区X、Y、Z 方向的控制点坐标残差最大值分别为0.802 141m、1.132 141m、1.186 521m。而测区最大图像坐标残差为0.612 141pixels、0.865 21pixels，标准图像坐标残差为0.102 352pixels、0.326 512pixels ，偏移图像坐标残差为-0.000 028pixels、0.000 685pixels，与空三精度要求相符。

5 结语

综上所述，通过将卫星影像应用于1∶10 000 地形图更新中，可以直接查找地物变更区域，降低基础测绘工作量。因此，根据卫星影像特点，基础测绘人员可以恰当布置像控点和控制点，科学制定并实施空三加密操作。在获得数据后，在ENV15.0软件或类似软件中进行卫星图像数据处理，保证1∶10 000 地形图更新精准度。