航测遥感内业数据处理的关键技术探究

蔡素影

广东中冶地理信息股份有限公司 广东 东莞 523078

航测遥感被广泛应用于方方面面，只有充分保障了数据准确，为了能够给行业测绘带来高质量的内容，保证工作的顺利开展。航测遥感技术具有较强的专业性，因此需要对相关细节进行严格把控，从而保障数据的精准度和可靠性。而有关数据的获得是最为重要的一个环节，数据是否精准，将对航测遥感数据测量有着重要影响。因此，只有在环节上下功夫，强化对于数据内容的测量，确保工作内容的科学性，这一内容才是航测遥感技术的关键，从而满足行业内容的信息化处理需求。

1 航测遥感概述

1.1 航测遥感技术内涵

航测遥感技术是测绘科学领域的高精尖技术，是全球导航卫星系统、无人机技术、光电成像技术、计算机技术、地球科学技术等前端技术的综合运用，是庞大的系统工程应用，是测绘科学的重要发展方向。其已经广泛服务于自然资源、军事、农业、林业以及人民群众的生产生活等方方面面。

航测遥感技术通过航空、航天的方式，采用各种传感器，非接触式、快速地获取物体的空间、时间、光谱等信息，为我们更方便、快捷、全面的认识自然提供了一种新的方式。随着传感器精度的不断提升，对地观测的分辨率不断提高，航测遥感的数据成果的使用价值正在越来越不可限量。

1.2 航测遥感技术优点

效率高：航测遥感技术以远程操控卫星、无人机等载体，实现从空中大面积的信息采集，大幅的提高了工作效率和工作效益，减少了人力资源的投入。应用于航测遥感技术中的无人机可以迅速，精确地、及时提供情报，让人在尽可能短的时间内反应出观测到的各种现象和数据。由于航测遥感可以利用飞机搭载各种设备进行飞行，从而使得该技术具备了更高的灵活度与适应性。

灵活性强：由于航测遥感采用空中作业，所以对于地形地貌的变化有很强的适应性。对于卫星遥感技术，由于卫星高度都在数百千米之外，地面上的山川根本对其没有影响；对于航测技术来说，其航高低，续航时间段，因此需要灵活选择起降场地，以保障影像成果的质量和飞行安全。它可以为我们提供更高分辨率的影像，虽然其不如卫星遥感，无论地形如何变化也能不受影像，但是只要起降地点选择合理，飞行高度、飞行速度设置合理，是完全可以对人工作业难以到达的山区、灾区进行测绘的。随着科学技术的发展，航空摄影测量技术也将进一步得到了完善和提高，尤其是高分辨率传感器必将层不不穷的涌现，这将大大提高航测作业的效率和精确度，也将提高航测技术对环境的适应能力。另外，计算机数据处理速度的增加，特别是显卡处理能力的提升，将对大型测绘工作有着积极的促进作用。

实时性：遥感卫星持续在太空对地进行数据采集，各不同区域都能周期性的获取到数据，而这个周期的间隔是人工无法实现的。相对于人工测绘来讲，这种优势已然接近实时测绘了。航测无人机也在不断的自动化，能实现全自动起降、全自动执行任务，这也将与卫星遥感形成优势互补，大幅提高测绘数据的实时性。

2 数据的基本特征

2.1 数据格式

对于航测遥感内业数据的处理，首先要明确数据格式以及关注的范围，并对基础数据中的地理空间类型进行划分，按地理空间表达方式的不同，数据格式可分为矢量与栅格数据。矢量数据表现为数字线划图，并按照不同的信息要素，分别使用点、线和面的方式来表达。矢量数据结构是对数据拓扑关系进行深层分析的基础和前提，也是数据集技术发展的重要方向之一。矢量数据便于我们了解所表达对象的几何特征、进行数据的分类、统计与分析，为地理信息系统提供了可靠的空间检索方式。

栅格数据采用像素阵列来表达空间信息，相对于矢量数据来说，其结构较为简单，表达方式也更为直观、易懂，承载的信息相对于矢量数据更为丰富，但往往数据体量相对较为庞大，对数据处理设备性能要求较高[1]。

2.2 数据的基本内容

现有的地理数据处理可以进行不同的特征划分，针对产品周期不一样，通常可将数据内容进行3层的划分：第一层为核心要素，以数据结构为主，它作为可选要素，就是根据不同的需求，分别加以搭配。中间层是对基本信息和相关信息进行综合处理并生成各种专题图、专题地图等多种表现形式。末层为全要素融合，就是要对地形进行统一的图要素处理，并获取相关的数据。根据现有的资料来看，所得到的矢量数据包括的内容极多，如地形测量、水系情况、管线设施、地面附属建筑等。所得到的地形控制要根据测量数据进行内容的划分，做好平面控制点、天文点位、高程控制点、重力点和其他类型控制的综合。在进行数据处理时，需要对各个要素进行相应的处理和计算，并将结果以图形方式输出。基于栅格数据的内容，包含数字正射影像图、DEM格网、DSM格网等等，其均采用像素来表达地物要素。随着低空无人飞行器的应用，影像数据的像素格网的间距由以往的5m、12.5m已经提升到了如今的3cm、5cm的级别。而DEM格网、DSM格网的格网间距也可以轻松实现10cm、50cm的级别。矢量数据包含了各种比例尺地形图和航片图。通过这些数据文件进行分析和处理，可以得到各种专题图以及相应的专题地图产品。文本数据由有关地理地名，地点，种类，经济数据等组成，就有关资料给出说明性文字等，能较好的提供准确的信息数据[2]。

3 关键技术分析

3.1 建立了数据质量控制关键节点

航测遥感内业资料处理过程中存在着一系列的需要注意的问题，这些问题的处理将给资料的质量造成一定程度的影响。

做好像控点的测量工作：布设足够数量的像控点，并同步布设一定数量的检测点，将检测点施测坐标与影像上对应点的平面和高程值进行比较，对成果进行精度评定。对于地物点、高程注记、等高线，也可采用实地检测坐标与影像点位、高程的较差，并进而求取较差中误差，来分析判断结果准确性以及成果是否与设计标准相符。

搞好调绘工作：调绘地物空间数据和属性数据的完整性、接边的正确性。为了确保调绘正确，一般采用室内核查和外业实地巡视[3]相结合的方式。

搞好内业数据采集、矢量成果的检查等，即利用数字正射影像图与矢量成果的叠加，以掌握矢量成果的数据质量。数字线划图质量检查的侧重点包括检查数字线划图空间位置与影像图的重叠情况，以及矢量图数据完整性，线划图点线面要素与栅格影像图上地物要素的平面位置符合情况，空间接边与属性接边情况等。另外，对于内业无法判读的影像盲区，要配合外业实地调查和其他资料的比较，分析所采集的矢量成果中有无冗余，遗漏和其它错漏。

3.2 数据处理的具体关键技术

遥感影像数据处理的关键技术较多，这里凭笔者的理解，仅就遥感影像的融合、影像的几何增强、以及影像纠正几个方面做简要论述。

1、影像融合

航天遥感技术让我们能从更大的时空广度来进行地理信息的获取和利用，是测绘科学的新方法，新手段。多种卫星的升空，多种类、不同分辨率、不同波段的传感器的涌现，一方面使得影像数据量快速增长，一方面使得数据的存储、管理和利用成为突出问题。如何挖掘来自新老卫星、同时期的不同卫星的数据，不同波段的数据、不同光谱分辨率的数据的价值，甚至是航测的影像与卫星影像是否能结合使用，成为我们必须考虑的问题。要解决这些问题，就需要进行遥感影像的融合。影像融合能从不同来源的数据中，提取到利用任意单一来源的数据无法获取到的新的信息。

多波段遥感数据融合：多波段影像各波段之间相互关联，各自反映不同波段的信息，传感器可获取到的波段是多种多样的，而人们的视觉习惯是彩色影像，在电脑屏幕上，采用红、绿、蓝三原色来显示彩色。在影像数据中，体现为RGB三个波段。为了影像融合达到较好的效果，应根据目的的不同以及数据的特点，选择合适的波段，最大限度的符合人们的视觉习惯。应采用不同组合方式对比，选择最优的波段组合来进行融合。

多时相遥感数据数据融合：遥感相对于传统测绘有一个突出的优点，那就是快速的周期性测绘，实现了测绘成果的准实时性。人类活动使得地理环境不断发生着变化，城市管理不仅需要现势的数据，历史数据与现实数据的比对也同样重要。为了获得这种变化，我们就需要采用多时相遥感数据数据融合技术。通过选择来自不同时间节点的影像中的波段进行组合，通过一定的算法处理，能准确判断数据范围内地理环境在时间节点之间的变化情况。

多类型遥感数据融合:不同的卫星其侧重点也有所不同，各自有各自的特长，各有各的局限，我们期望获取的数据可能是任何一颗卫星也不能单独提供的。为了解决这一问题，就需要多类型遥感数据的融合，如多光谱影像与雷达影像融合。

多光谱影像拥有较高的光谱分辨率，能识别不同光谱特征的地物，比如有病虫害的作物与健康的作物。雷达系统采用主动探测的模式，可以穿透云层甚至植被，可以获取地面的几何空间信息、物理特征信息。二者的融合，将能实现优势互补，获得更丰富的信息，提升数据的利用价值。

遥感影像与矢量数据的融合:目前，卫星遥感影像还仅局限于二维表达，没有高程信息。而矢量数据提供了对地理空间的几何描述，具有更多的定量信息，如面积、高程、长度等等。将矢量数据与遥感影像采用一定的方法进行融合，将能获得更丰富的信息，便于定量分析，属性信息也能实现一定的互补，有利于数据价值的挖掘与分析利用。

光谱增强型影像融合:在信噪比一定的前提下，影像的光谱分辨率越高，空间分辨率越低。因此，空间分辨率高的影像，光谱分辨率又较低。为了获取空间分辨率和光谱分辨率都满足要求的影像，就需要将空间分辨率满足要求的影像与光谱分辨率满足要求的影像相互融合，来满足数据应用需求。

2、影像的几何增强

虽然卫星遥感影像持续的都在生产，但是对于一般单位而言，获取新的影像是要付出一定成本的，而且新的影像即使能及时获取到也未必能达到分辨率的要求。此时，为了获取更高分辨率的影像，我们可以运用影像几何增强技术。影像分辨率的本质是单位面积内，影像有效光学像元的数量。影像几何增强就是利用这一原理，采用现有的同一区域的不同来源的低分辨率影像，来重建出该区域较高分辨率的影像。传感器中感光元件的密度是有极限的，而且超过一定密度后，影像质量会降低，因此，以一系列现有影像来重建高分辨率影像的几何增强技术是有其存在的价值的[4]。

3、影像纠正

几何精纠正：几何纠正是指将同一区域的一幅影像的地物要素与另一幅影像的相同地物要素通过几何变换进行匹配的过程。通常有一幅标准图，可以是矢量图也可以是栅格影像，纠正时，只改变其他影像的空间位置，不改变标准图。其中矢量数据可以是现有的矢量地图，也可以是实测的控制点。在没有标准图的情况下，实测一些明显地物作为影像纠正控制点是非常实用的。选择纠正控制点，一定要保证选择的地物在实地没有发生位移，在影像上有较明显的边界，且色彩与背景有一定的反差。

正射影像纠正：无论是卫星影像还是无人机航拍影像，由于拍摄角度以及地物本身高度较高等的原因，都可能出现地物在影像上并不是垂直的。正射影像理论上是只能看到地物的顶面，而看不到侧面，但未经正射纠正的影像，高耸建筑物是能看到侧面的，这就需要进行正射影像纠正，使影像真正变成正射影像。对于卫星影像，可以借助数字高程模型或数字表面模型来进行正射纠正。对于航测影像，应采用适当的生产方式，比如先生成三维模型，再利用三维模型来生产正射影像的方式，即可自动完成正射纠正。

3.3 进行异常数据提取技术研究

数据处理除以上内容外，还包括异常信息抽取。通过对遥感技术应用于地质勘查中各种典型实例的分析可以看出：运用遥感技术来圈定地表或地下矿化体的空间分布范围及规模大小是一种十分有效而又经济的方法；同时还可提供成矿预测的依据。遥感蚀变信息提取方法很多，但对于同一地区不同类型的蚀变岩石而言，其在遥感图像上呈现出来的形态和颜色各不相同。以定位矿物所在部位，探查其特定信息，为矿物勘探节约了人力，物力，财力等资源，且能获得相对较理想结果。但是在实际工作中，由于受到各种因素影响，往往会导致获取到的蚀变信息提取不准确或者是没有得到很好的利用，从而造成了一些相关性信息与突出性信息之间存在着一系列问题。所以有必要深入研究遥感信息处理方法以得到所需的资料。

4 航测遥感影像数据处理技术展望

当前的航测遥感技术正朝着更快、更精、更清的方向不断进步，同时测绘地理信息行业正在经历着有二维地理信息向三维地理信息的巨变，在我国提出数字化基建的背景下，三维中国项目已经悄然在各地展开。目前的三维地理信息主要通过倾斜摄影、激光扫描矢量化建模等方式进行，这些技术相对于传统的手工三维建模而言已经取得了巨大的发展，正是这些技术使得三维中国项目得以推行。然而，技术的发展是无止境的。随着卫星影像的分辨率越来越高，以及优质影像数据的不断积累，笔者在此畅想，应当在不远的将来，我们当能实现基于卫星影像的三维建模技术，直接使用多个周期、多个视角的卫星影像来构建全球范围的三维影像，笔者对此满怀期待。

5 结语

总之，内业数据处理是航测遥感影像测绘工作中必不可少的重要环节，该环节采用的方法是否科学合理，对数据的正确性和精度有着直接的影响。但实际工作中，由于受到多种因素影响，使得处理后的数据往往存在较大误差或者粗差，从而导致了后续测量结果与实际差异较大。本文结合笔者的经验及理解，介绍了航测遥感内业数据处理的一些笔者认为较为关键的技术，希望对读者有所帮助。在工作过程中，我们应该十分关注数据处理与分析工作，掌握科学的方法，提升工作的有效性，保障数据成果的精度，为测绘成果服务于经济建设保驾护航。