利用QuickBird影像快速更新1∶2 000地形圖技術方法探討

柴紅梅，李津嶺，張健

(哈爾濱市勘察測繪研究院，黑龍江哈爾濱 150010)

利用QuickBird影像快速更新1∶2 000地形圖技術方法探討

柴紅梅?，李津嶺，張健

(哈爾濱市勘察測繪研究院，黑龍江哈爾濱 150010)

首先介紹了QuickBird影像概況，然后通過對影像糾正精度分析說明，利用QuickBird影像更新地勢較為平坦地區(qū)的1∶2 000地形圖是可行的。

QuickBird；幾何糾正；更新

1 引 言

1∶2 000地形圖是城市基礎地理信息系統(tǒng)重要的數(shù)據(jù)源之一，是國民經濟建設重要的基礎測繪資料。如何快速、準確、經濟地更新 1∶2 000地形圖，保持地理信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性是城市測繪單位所面對的重要課題。目前1∶2 000地形圖更新多采用航空攝影測量方法進行，該種測圖方法與以往的全野外測圖相比效率有了大幅提高，但因其投資大，成圖周期長，不能滿足城市建設迅速發(fā)展的需要。QuickBird影像具有分辨率高、信息豐富、覆蓋面積大、獲取周期短的優(yōu)點，其地面分辨率可達到0.61 m。本文通過生產實踐，介紹利用QuickBird影像更新1∶2 000地形圖的可行性。

2 測區(qū)資料情況

2.1 QuickBird影像概況

QuickBird衛(wèi)星由美國DigitalGlobe公司于2001年10月18日發(fā)射成功，其具有多光譜成像(1個全色通道，4個多光譜通道)、全色波段分辨率(0.61 m)、多光譜分辨率(2.44 m)、成像幅寬(16.5 km×16.5 km)、軌道高(450 km)、重訪周期為1～6d等特點。

QuickBird影像產品分為3個級別:

(1)基本產品(Basic Product)

基礎產品是QuickBird影像產品系列中處理最少的一種，只經過輻射校正、傳感器內部幾何校正、光學畸變和傳感器校正?；A產品既沒有地理參考也沒有地圖投影，提供QuickBird的傳感器模型。

(2)標準產品(Standard Product)

標準產品是用粗DEM做了地形誤差校正、有地理參考的產品，經過了輻射校正、傳感器和衛(wèi)星平臺引起的系統(tǒng)誤差校正，具有地圖投影。

(3)預正射影像標準產品(Ortho Ready Standard Imagery)

預正射影像標準產品是未經過地形校正的產品，只經過了輻射校正、傳感器和衛(wèi)星平臺引起的誤差校正，具有地圖投影，投影到每景影像覆蓋區(qū)的平均基高。用戶可以直接通過相關專業(yè)軟件結合自己的DEM，RPC參考模型、地面控制點來做正射校正。廣泛應用于對絕對定向精度要求較高的情況。

2.2 測區(qū)及其資料情況

本次更新1∶2 000地形圖范圍為哈爾濱市四環(huán)路范圍及松北區(qū)、平房區(qū)近240 km2。

哈爾濱市區(qū)分布在松花江形成的三級階地上。第一級階地海拔在132 m～140 m之間，主要包括道里區(qū)和道外區(qū)，地面平坦；第二級階地海拔145 m～175 m，由第一級階地逐步過渡，無明顯界限，主要包括南崗區(qū)和香坊區(qū)的部分地區(qū)，面積較大，長期流水侵蝕，略有起伏。

本次作業(yè)采用的QuickBird影像實相均為2009年，產品級別為預正射影像標準產品。產品類型為原始全色波段和多光譜數(shù)據(jù)經過配準、PanSharping算法融合處理步驟后的16bit 4波段(紅、綠、藍和近紅外波段)彩色影像數(shù)據(jù)。

3 QuickBird影像預處理

3.1 QuickBird影像預處理

QuickBird原始影像數(shù)據(jù)分塊存儲，數(shù)據(jù)量大且光譜信息不豐富，需進行預處理，步驟如下:

(1)利用Erdas軟件中的鑲嵌功能將分塊影像拼接成一整景影像；

(2)拼接后的影像數(shù)據(jù)量大，需將16 bit的數(shù)據(jù)轉換為8 bit的數(shù)據(jù)；

(3)原始影像數(shù)據(jù)由4個波段組合，且光譜信息不豐富，為增強影像的判讀能力，需對波段進行

重新組合和波段運算，達到增強影像光譜信息的效果。

3.2 控制點的選取和測量

本次作業(yè)所有控制點均為外業(yè)GPS實測，平面位置的測定精度約為0.05 m，且均勻分布于整個制圖區(qū)域，共實測320個GPS點，其中控制點200個，其余120個作為檢查點，點位分布如圖1所示。外業(yè)控制點的精度將直接影響影像糾正的精度?？刂泣c的選取遵循如下原則和要求:選取影像上清晰能準確定位不易變化的地物，一般首選在道路、田埂等線狀地物交叉處，其次選在能準確定位的拐角和點狀地物的幾何中心。點位應盡量選擇在高程變化不大的地面上，不允許在樓房、圍墻、水塔、煙筒等建筑物上選點。同時均勻布設GPS實測檢查點，用來檢查影像糾正精度。

圖1 控制點點位分布圖

3.3 DEM數(shù)據(jù)

本次采用的DEM范圍覆蓋作業(yè)區(qū)域，數(shù)據(jù)源為哈爾濱市1∶1 000地形圖高程點信息，數(shù)學基礎與糾正后的影像一致，平面系統(tǒng)為哈爾濱市城市坐標系，高程系統(tǒng)為大連高程系。

3.4 影像幾何糾正

由于測區(qū)地形較為平坦，采用二次多項式幾何糾正模型進行影像幾何糾正。遙感影像處理采用目前廣泛使用的美國Erdas公司開發(fā)的Erdas Imagine 8.7。利用隨原始影像提供的RPC數(shù)據(jù)，配合控制點與高程(DEM)數(shù)據(jù)對影像進行正射糾正。

(1)數(shù)據(jù)類型:QuickBird 0.61 m全色數(shù)據(jù)。

(2)糾正單元:采用完整的測區(qū)為糾正單元。

(3)投影系統(tǒng):平面系統(tǒng)采用 哈爾濱城市坐標系，高程系統(tǒng)采用大連高程系。

(4)影像重采樣間隔:采樣間隔為0.61 m，盡量采用原影像分辨率，重采樣方法為雙線性內插。

(5)標準分幅:按照1∶2 000地形圖分幅。

4 工程實施

測區(qū)現(xiàn)有1∶2 000地形圖240幅，格式為DWG。利用DJC－數(shù)字測繪系統(tǒng)將糾正后QuickBird影像與地形圖疊加，判讀地理信息要素，僅需對變化的地物要素進行更新，其中利用竣工測件更新的建筑物為外業(yè)實測，本次更新不做任何修改。采集時要注意消除投影差，先采集房頂?shù)男螤?，再將采集的圖形移至房腳。更新技術流程如圖2所示。因生產過程為比較常見的作業(yè)方法，在此不過多加以說明。

圖2 技術流程圖

5 精度分析

5.1 QuickBird影像幾何糾正精度

選取檢查點與糾正后的影像與進行疊加，檢查影像糾正精度，在市區(qū)每平方千米平均兩個檢查點，郊區(qū)每平方千米為一個檢查點。精度評定公式如下:

其中:ms為點位中誤差，n為檢查點個數(shù)，Xi、Yi為檢查點的x、y坐標，xi、yi為糾正后影像上檢查點的x、y坐標。精度檢測結果如表1所示。

精度檢測結果 表1

點位中誤差為米，精度指標已經到達1∶2 000地形圖點位的絕對精度要求，表明采用QuickBird影像可以滿足對1∶2 000地形圖進行更新的要求。

5.2 1∶2 000地形圖采集精度

本次作業(yè)共更新1∶2 000地形圖240幅，隨機抽取其中48幅地形圖，計算出相對于作業(yè)底圖Quick-Bird影像采集中誤差為±0.30 m，故采集精度按Quick-Bird影像分辨率0.61 m計算。

5.3 1∶2 000地形圖圖上地物點對最近野外平面控制點的精度

該精度主要取決于QuickBird影像幾何糾正精度和1∶2 000地形圖采集精度。兩者按獨立誤差的聯(lián)合影響，計算1∶2 000地形圖圖上地物點對最近野外平面控制點的中誤差為:

綜合以上誤差分析，表明采用QuickBird影像更新1∶2 000地形圖在平面精度上可以滿足《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形圖數(shù)字化規(guī)范》GB/T 17160－2008的要求。

6 結 語

通過本次生產實踐表明，在地形起伏不大的區(qū)域利用QuickBird高分辨率全色遙感影像更新1∶2 000地形圖是可行的，這種更新城市大比例尺地形圖的方法具有快速、準確、經濟等優(yōu)點。

[1]孫成忠，李成名，洪志剛.基于衛(wèi)星遙感影像的城市地圖快速更新技術[J].測繪通報，2002(12):17～19

[2]高喜霞，柴紅梅，陳慶華.QuickBird影像在城市中的應用研究[J].測繪與空間地理信息，2008(2):65～70

[3]楊澤運，康家銀，趙廣東.利用QuickBird遙感影像更新城市大比例尺地形圖[J].測繪工程，2005(2):29～31

Quality Control Standard and Technique of Haerbin 1∶2 000 Digital Orthophoto Maps

Chai HongMei，Li JinLing，Zhang Jian
(Harbin institute of Geotechnical Investigation and Surveying，Harbin 150010，China)

Firstly this paper introduce the Overview of QuickBird image，then explain the geometric accuracy，make use of QuickBird image update 1:2000 digital orthophoto maps for Flat area is feasible.

QuickBird；geometric rectification；update

1672－8262(2010)03－85－03

P231

B

2010—01—06

柴紅梅(1972—)，女，工程師，從事空間數(shù)據(jù)質量控制及地理信息系統(tǒng)的應用。