遥感正射影像1：10000地形图快速更新方法的探讨——以金昌市、甘南藏族自治州更新项目为例

胡天文，仝 昕

（甘肃省基础地理信息中心，甘肃 兰州 730000）

0 引言

基础测绘是为经济建设、社会发展和生态环境保护提供服务的基础性工作，是实现经济和社会可持续发展的基本条件和重要保证，为国土空间用途管制、生态保护修复和高质量发展西部生态安全屏障构筑等重大任务、重大工程提供基础地理信息数据支持和服务保障[1]。根据《甘肃省“十四五”基础测绘规划》，基础测绘工作为全省经济发展、国防建设、社会进步、生态保护、脱贫攻坚、应急保障和全面建成小康社会提供了强有力的技术支撑[2]，1∶10 000地形图成果数据作为基础测绘成果的重要组成部分，该项任务将是一项长久的、必不可少的工作。

近些年来，随着甘肃省城市化发展进程越来越快，对地形图的更新要求也越来越高。这就迫切需要对省级1∶10 000地形图成果进行持续地、快速地更新和完善。为满足1∶10 000 地形图快速更新的需求，文章基于金昌市、甘南藏族自治州更新项目，在正射影像处理、软件选择、资料整理整合、数据更新采集和元数据生产等各个关键节点，优化总结更高效的经验，通过技术能力提升，提高基础测绘地形图更新效率。

1 遥感影像获取与处理

1.1 影像数据源获取

影像作为1∶10 000地形图更新的基础底图，其获取时间是影响更新数据现势性、内业采集和外业调绘核查工作量的重要因素，成果影像的精度还必须满足更新1∶10 000地形图的精度要求。

传统的基础测绘1∶10 000 地形图采集或者更新项目中，大多数影像源为航空摄影数据成果。航空遥感影像是指利用飞行器（如大、小型无人机或者飞机等）搭载遥感传感器获取地球表面信息的方法。航空遥感虽然具有数据获取快、数据准确性高、影像分辨率高等优势，但由于其飞行器飞行高度较低，只适用于中小范围影像数据获取。1∶10 000 地形图更新项目涵盖金昌市、甘南藏族自治州两大市域，覆盖面积大，如果采用航空影像为影像数据源，任务区影像获取、收集整理的工作量过大，工期太长。为实现快速更新的目的，项目选取航天影像作为影像数据源。航天影像又称卫星影像，是指利用卫星上携带的遥感传感器捕捉地球表面信息得到的影像。由于卫星的拍摄高度较高，其影像具有覆盖范围广等优点，适用于大范围的影像数据获取。应用高分辨率遥感卫星影像进行地形图更新具有生产周期短、成本低、精度高等不可比拟的优势。

在满足影像分辨率、精度和其他要求的前提下，选取由自然资源卫星遥感云服务平台推送的高分辨率国产高分二号及七号原始卫星影像作为影像数据源，对影像数据源进行分析整理，选取符合时相要求、云、雪覆盖量少（20%以下）的原始影像进行后续处理。

1.2 影像处理技术路线与工艺流程

收集的卫星影像在处理时需先制定合理的技术路线，在影像处理时选取地理成像加速器（PCI GXL）软件进行正射影像生产，总体流程见图1。

图1 正射影像处理流程图

（1）资料准备。收集任务区内已有的参考影像（第三次国土调查影像等）、数字高程模型（DEM）数据和原始影像，进行资料准备。

（2）区域网平差。进行影像控制点采集、影像重叠区域的连接点采集等，进行区域网平差。采集的控制点和连接点应均匀分布，其数量、密度等能满足区域网平差要求。

（3）正射纠正。使用严格数学模型和数字高程模型来纠正原始影像扭曲，经过处理，将待纠正影像上的地物特征与其在地球上的真实位置关联起来。

（4）影像融合。采用锐化融合方法，通过融合黑白全色和多光谱彩色影像创建高分辨率彩色影像。该方法使用产生锐化结果优于其他类型的算法，融合的同时能够保留原始影像的光谱特性。

（5）匀光匀色。影像融合后便可形成阶段性数字正射影像成果，即整景数字正射影像数据，每景影像按照单独文件夹存放，其中包含每景影像文件、影像信息文件、金字塔文件等。对检查合格的整景影像数据进行匀光匀色处理，要求影像色彩真实、纹理清晰，曝光适度等。

2 专业更新软件Geoway updater在1∶10 000地形图快速更新中的应用

Geoway updater 是吉威公司基于ArcGIS 开发的地理信息更新软件，是一款专门用于测绘地理信息数据更新项目且功能十分强大的软件[3]。在1∶10 000地形图快速更新项目中，Geoway updater 软件在以下几个功能模块中发挥了优势作用。

（1）数据质检及自动修改功能。针对更新采集完的数据，软件自带各类质检功能：对比2020 版《甘肃省基础地理信息数据生产与建库1∶5 000 1∶10 000 DLG 要素分类、分层与编码规定》方案检测功能，可以筛查出不在编码规定范围内的数据；逻辑质检功能，可以检查点、线、面之间的逻辑关系并可以批量修改不合理伪节点、悬挂点等错误；图廓咬合功能，可以结合内图廓线对各种线状、面状的物类进行图廓咬合检查并批量修改不合理图廓咬合以及其他质检功能，确保数据在采集初编阶段就能排除大部分错误。

（2）自主接边功能模块。配合更新软件，吉威公司推出了独立接边工具软件Geoway Edgecoorinator，在接边工程下软件通过接边线自主发现图幅四周需要接边的要素，并对应接未接要素进行标注，批量完成接边工作，包括位置、属性的接边，相比以往手动接边，既保证了接边精度，又大大提高了接边效率。

（3）保留要素更新信息与增量更新包。所有在更新过程中的数据，要素属性栏里都会自动添加更新属性字段，在更新过程中记录下要素的更新时间与更新状态，可以有效区分成果数据的更新信息。所有数据在工程下更新检查完毕后，可以导出增量更新包，更新包中是所有经过更新的要素内容，可方便查找图幅更新内容、任务区变化区域，可节约作业员在数据编辑处理阶段的工作量。

（4）支持封闭区域内一键构面的功能。Geoway updater软件新开发的一键构面功能，在作业中要采集面状要素时，如果其四周已经由线状地物构成封闭区域，直接点击区域内部便可完成面填充工作，相比以往在采集面状地物时，需追踪边线完成面的采集，既避免了会出现面空洞错误，又能节约作业时间。

（5）联动编辑功能。当需要处理共线、共面的要素时，先在联动编辑设置中选中需统一修改的地物，再次串联修改时，可以同时修改两类及以上要素，比如在修改路面宽度时可以同时修改道路边线与道路面两种要素，这种作业方式既避免出现共线、共面的要素节点不一致的情况，同时也提高了作业效率。

3 优化专题资料整理方式

专题资料的分析处理是1∶10 000 地形图快速更新项目中十分重要的前期工作，该工序的质量直接影响到地形图更新工作的成果质量与工作效率[4]。

在项目开展前期，收集相关的行业的专题资料，具体包括等级道路及交通设施、行政区划设置情况、水利设施、电力杆塔设施等行业专题资料。对各类专题资料进行整理分析，明确资料使用原则，确保资料利用的统一性。

3.1 制定资料使用原则

由于收集的资料较多，首先对各类资料的来源、内容、现势性进行分析，制定资料使用原则，按照资料的权威性及现势性明确每一种地物类的基础资料和参考资料，优先按照基础资料更新要素属性，在基础资料存在少数缺漏的时候再使用参考资料。资料使用原则的制定大大节约了项目前期资料使用培训的时间。

3.2 专题资料转换与提取

由于收集的资料种类繁多、格式多样，无法直接使用，需要将资料进行格式转换、数据整合、坐标转换等操作。

3.2.1 文档资料矢量化

专题资料中电力数据与安置点数据等资料是电子文档格式。对于此类资料，先根据其内容提取出有用的信息数据，再借助ArcGIS 软件，通过坐标信息将资料矢量化，最后对应任务区投影分带做相应投影转换，得到专题资料矢量文件，可以直接加载参考利用。

3.2.2 网络资料空间化

专题资料中，甘肃省统计行政区划名称及代码和近年来的撤乡改镇文件等资料来源于国家统计局网站、民政局网站等官方网站。对于此类权威性网站资料，首先下载整理为文档格式资料，提取数据中的各级行政驻地标注点，然后根据撤乡改镇文件，更新各级行政驻地标注点名称，在ArcGIS软件下，将更新后的行政驻地标注点数据与最新版城乡分区代码中名称属性项做链接处理，最后将最新的PAC码属性挂接到行政驻地标注点上，可以最大限度地减轻后续外业调绘中对该类地物调绘核查的工作量。

戴笠对黄炎培早有意见，现在终于有了这么个好机会，就想狠狠地“教训”一下他，于是未认真分析这个情报的真假，便下令特务将黄炎培的住宅包围起来，并强行搜查。

3.2.3 按照任务区范围建立专题资料吉威工程

为了在作业时更快地加载对照参考资料，对于所有已完成格式、坐标转换的专题资料，先以任务区范围裁切，再根据图层地物分类导入软件，按照方案与相应地物类逐一对应，例：公路资料按照国、省、县、乡、专及农村道路与LRDL 图层下各地物类对应，电力资料与管线资料与PIPL、PIPP 图层下各地物类对应。建立的可以直接加载图层的专题资料吉威工程，在作业时可以直接复制使用，节约了资料导入导出、裁切整理的时间。

4 优化外业调绘模式

4.1 采用电子调绘形式

传统的外业调绘形式采用的是纸质调绘，作业员携带纸质调绘片在野外对影像和实地进行对照，将调绘内容标记在调绘片上，回到室内依据图式规范对调绘片完成清绘工作，形成最终的调绘成果提供给内业人员参考修改[5]。这种作业方式在调绘片生产阶段、外业调绘阶段和调绘片返回内业上图修改阶段均产生诸多不便。

为了在外业调绘这个重要环节提高工作效率，节省作业时间，更好地达到快速更新的目的，项目采用了电子调绘的方式，调绘片由纸质改为电子切片格式，影像和符号化后的矢量数据以电子地图切片的方式存储（*.png格式），这样极大地压缩了数据量、节省了空间，也减轻了制作调绘片的工作量。在外业平板上安装外业调绘系统，导入电子调绘片，在野外作业时，可将调绘内容直接采用点、线、面的方式记录在平板中，这种作业模式避免了电子调绘时易发生卡屏、死机的现象，提高了工作效率。

4.2 外业调绘注意事项

（1）统一影像切片与矢量数据制作的切片方案。外业调绘时要同时加载影像与矢量数据，需要以同样的缩放比例尺将两者缩放到同一级别查看操作，所以在制作影像与矢量电子调绘片切片时需采用同一个切片方案。考虑到任务区范围与数据量大小，制作了缩放比例尺分别为：1∶30 000、1∶15 000、1∶7 500、1∶3 000、1∶1 500的切片方案，在影像与矢量切片数据制作时分别采用。

（2）配置合理的符号。在进行矢量切片数据生产时，应先按照各数据层下地物分类，对应设置合理的、易于外业分辨的符号方案，例如点状房屋对应的符号为灰色小矩形，河流流向符号为蓝色箭头等。

（3）卸载外业调绘时不需调绘的图层。虽然采用切片形式的电子调绘方式已极大地压缩了数据量，但将面积较小的金昌市划分为3个调绘区域，甘南藏族自治州划分为6 个调绘区域后，数据量十分庞大，所以在制作外业调绘底片时，删除调绘时不涉及的CPTL、LRDA、TERL等图层。

5 采用元数据系统批量生成元数据

元数据是测绘数据重要的组成部分，具有描述数据属性的特征。传统的元数据生产方式是先建立好元数据模板，然后按照图幅情况修改模板内容，形成每幅图的元数据成果。这种作业模式自动化程度较低，人工填写的工作量大，而且在完成元数据的制作后，如果后期要对元数据调整和修改，也需人工逐个进行排查修改，速度太慢，工作效率太低[6]。

为了实现快速更新的目的，在元数据制作阶段，项目组利用计算机编程技术批量生产元数据的思路，自主研发了元数据系统。在制作1∶10 000标准图幅元数据的过程中，先按照1∶10 000分幅结合表填写元数据部分属性项，将产品名称、版本、大地基准等通用项统一填写，并按照作业时的数据情况填写影像获取时间、生产日期等属性项；其次，对于图名、等高距等未发生变化的属性项，从原始元数据中读取；图层数量、图层名称等属性项直接按照成果数据相关属性计算读取。在元数据系统中明确各属性项读取的源头，按照路径要求建立结合表、成果数据和原始元数据文件夹，通过元数据系统便可批量完成元数据的制作。开发和利用该系统提高了数据生产效率和正确率，生产约500 幅元数据只需不到2 h，相比传统的元数据制作方式，极大地减少了人工填写、修改的量，节约了时间。

6 结语

文章主要基于金昌市、甘南藏族自治州1∶10 000地形图快速更新项目，从影像源获取、正射影像处理、更新软件选择、专题资料整理分析及元数据制作各工序中摒弃传统的、耗时费力的作业方式，分析总结出优势的、省时省力的作业方式，研究表明:

（1）任务区覆盖范围过大时，在影像数据源选取上应该优先选取航天影像数据源。合理的航天影像数据源不但能保证1∶10 000 更新项目的影像分辨率等精度要求，还能快速获取大面积范围内的影像数据。优化已有影像处理技术流程，在光谱影像与其对应的高分辨率全色影像融合阶段选取更合适的融合方法，能够更加快速、完善地获取正射影像数据，以便后续的内业更新工作尽早开展。

（2）专业更新软件Geoway updater 非常智能化，有效地解决了一些地形图快速更新的问题，可以满足现阶段地形图快速更新的需求，为相关工作的开展提供参考。

（3）更新项目更多地依赖专题资料，应十分重视专题资料收集、分析与整理工作，制定资料使用原则，确保成果资料使用尺度一致。通过对专题资料坐标转换、数据格式转换、数据提取等处理，使专题资料能够更好地为地形图快速更新工作服务。

（4）在外业调绘阶段将传统的纸质调绘改为电子调绘，分幅的纸质调绘片改为按照任务区划分的电子调绘片，最大程度地缩短了工期。

（5）在元数据生产时，传统的生产模式太费时费力，总结元数据生产规律，使用自主研发的元数据生成系统，精简了传统元数据填写流程，提高了生产效率，为元数据制作提供了全新的思路。