數(shù)字正射影像在月亮泡蓄滯洪區(qū)的應(yīng)用

李 丹，王劍峰

（水利部松遼水利委員會(huì)，吉林長(zhǎng)春 130021）

0 引言

月亮泡蓄滯洪區(qū)是國(guó)務(wù)院批復(fù)的《松花江流域防洪規(guī)劃》中確定的骨干調(diào)蓄工程，是松花江流域防洪工程體系的重要組成部分，與白山、豐滿水庫(kù)承擔(dān)100年至200年一遇的防洪任務(wù)。蓄滯洪區(qū)工程設(shè)施、安全設(shè)施等基礎(chǔ)信息資料，在蓄滯洪區(qū)防洪建設(shè)工程、安全設(shè)施建設(shè)、居民避洪安置，以及蓄滯洪區(qū)風(fēng)險(xiǎn)管理方面發(fā)揮著基礎(chǔ)性、支撐性作用。只有依靠系統(tǒng)、完整、準(zhǔn)確、可靠的基礎(chǔ)資料，才能有效保障蓄滯洪區(qū)建設(shè)、管理、調(diào)度、決策等的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，才能有針對(duì)性地制定出切合蓄滯洪區(qū)特點(diǎn)的治理、建設(shè)和管理方案。因此，迫切需要開(kāi)展月亮泡蓄滯洪區(qū)數(shù)字正射影像制作工作。目前，松遼流域內(nèi)利用高分辨率QuickBird，SPOT影像制作大比例尺正射影像圖的應(yīng)用較多［1］，處理WorldView、GEOeye、Pleiades衛(wèi)星影像的案例比較有限。本文結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，提出利用WorldView、GEOeye、Pleaides衛(wèi)星影像制作1∶10 000數(shù)字正射影像圖的制作流程，并就制作過(guò)程中涉及的技術(shù)環(huán)節(jié)以及質(zhì)量控制進(jìn)行探討，為松遼流域蓄滯洪區(qū)正射影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)提供有力的技術(shù)支持。

1 影像數(shù)據(jù)前期準(zhǔn)備

月亮泡蓄滯洪區(qū)位于嫩江一級(jí)支流洮兒河入嫩江河口處，北部為吉林省鎮(zhèn)賚縣所轄，南部地處大安市境內(nèi)，東部與黑龍江肇源縣隔嫩江相望。根據(jù)《松花江流域蓄滯洪區(qū)建設(shè)與管理規(guī)劃報(bào)告》和《松花江流域防洪規(guī)劃》，蓄滯洪區(qū)范圍由原月亮泡片、新荒泡片、6號(hào)壩片、4號(hào)壩以西片四部分組成。

此研究采用的數(shù)據(jù)是WorldView、GEOeye、Pleaides多光譜影像、全色影像數(shù)據(jù)條帶各4條，全色影像空間分辨率為0.5 m，影像獲取時(shí)間為2012年5至10月，影像的含云雪量均小于2%。以1:10 000格網(wǎng)DEM成果為輔助資料，采集的控制信息包括野外實(shí)測(cè)獲取的26個(gè)正射糾正用控制點(diǎn)和20個(gè)平面精度檢查點(diǎn)。平面坐標(biāo)為CGCS2000，高斯-克呂格投影3°分帶，中央子午線123°，高程基準(zhǔn)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

2 數(shù)字正射影像制作方法

2.1 制作流程

采用精度符合要求的控制資料和DEM數(shù)據(jù)為控制、糾正基礎(chǔ)，對(duì)項(xiàng)目區(qū)的高分衛(wèi)星影像進(jìn)行正射糾正，并對(duì)糾正后的影像進(jìn)行融合、鑲嵌、整飾等?；赪orldView、GEOeye、Pleiades的1∶10 000數(shù)字正射影像的制作流程如圖1所示。

圖1 數(shù)字正射影像制作流程

2.2 技術(shù)環(huán)節(jié)

月亮泡蓄滯洪區(qū)1:10 000數(shù)字正射影像的制作過(guò)程涉及一些主要的技術(shù)環(huán)節(jié)，包括原始影像檢查、影像融合、影像糾正、影像調(diào)色、影像鑲嵌、標(biāo)準(zhǔn)圖幅裁切等。

2.2.1 原始影像檢查

1）檢查原始衛(wèi)星影像的圖面質(zhì)量，查看影像是否有斑點(diǎn)、噪聲、掉線、條帶、光譜溢出、模糊等現(xiàn)象；

2）檢查影像側(cè)視角，是否滿足規(guī)定要求；

3）檢查衛(wèi)星影像的云雪霧是否存在規(guī)定范圍以內(nèi)，即：整體云雪量不大于2%。

2.2.2 影像融合

為了保證影像融合的質(zhì)量，該研究分為以下幾個(gè)步驟：融合前處理，融合算法的選取、實(shí)現(xiàn)，融合后影像處理和結(jié)果檢查。

1）融合前處理

融合前，對(duì)影像進(jìn)行色調(diào)調(diào)整：一方面，提高全色數(shù)據(jù)的亮度，增強(qiáng)局部反差突出紋理細(xì)節(jié)，盡可能降低噪聲；另一方面，對(duì)多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行色彩增強(qiáng)，拉大不同地類之間的色彩反差，突出其多光譜彩色信息。

2）融合算法的選擇

根據(jù)影像波段的光譜范圍、地物和地形特征等因素，選擇能清晰表現(xiàn)土地利用類型特征和邊界、色彩接近自然的融合算法。在遙感影像處理過(guò)程中，通常采用的融合方法有IHS變換、主成分變換、小波變換、高通濾波、結(jié)合GRB與IHS變換的Pansharp融合等多種方法。由于研究區(qū)域存在眾多的水體和道路等重要的細(xì)節(jié)信息，基于高通濾波變換的影像融合方法能夠提高影像高頻細(xì)節(jié)，突出影像結(jié)構(gòu)信息，各種交通和水體的邊緣規(guī)則、無(wú)模糊。因此，該研究區(qū)域遙感影像融合方法選擇高通濾波變換法。

3）融合后影像處理

融合后影像處理是保證成果質(zhì)量的重要技術(shù)環(huán)節(jié)，融合后影像通常亮度偏低、灰階分布動(dòng)態(tài)范圍小。該研究利用ERDAS軟件，采用線性或非線性拉伸、亮度對(duì)比度、色彩平衡、色度、飽和度和明度調(diào)整等方法進(jìn)行色調(diào)調(diào)整。處理后的影像達(dá)到灰階分布，具有較大動(dòng)態(tài)范圍，紋理清晰、色調(diào)均勻、反差適中，色彩接近自然真彩色，可以清晰判別耕地等重要地類類型。

4）融合效果檢查

融合效果檢查是保障影像融合質(zhì)量的關(guān)鍵步驟，該研究融合效果檢查主要包括影像整體亮度、色彩反差是否適度；影像整體色調(diào)是否均勻連貫；影像紋理及色彩信息是否豐富，有無(wú)細(xì)節(jié)損失；地物邊緣是否清晰明確等。

2.2.3 影像糾正

該研究利用基礎(chǔ)控制資料（外業(yè)實(shí)測(cè)）和數(shù)字高程模型（DEM），通過(guò)使用有理函數(shù)模型（RPC模型）對(duì)融合后的影像進(jìn)行投影差改正和地理編碼。采樣間隔為原始影像的像元大小，方法采用3次卷積內(nèi)插法。以外業(yè)檢查點(diǎn)成果作為檢查基礎(chǔ)，檢查研究區(qū)域數(shù)字正射影像成果的糾正精度，正射影像地物點(diǎn)平面位置相對(duì)于野外控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差應(yīng)不大于±5 m，與相鄰單景正射糾正成果的接邊限差為2個(gè)像元。如果糾正精度超限，查明超限原因，并進(jìn)行必要的返工，直至滿足要求為止。

2.2.4 影像鑲嵌

該研究通過(guò)鑲嵌線對(duì)融合后的正射影像進(jìn)行鑲嵌處理。為保證鑲嵌質(zhì)量，在影像鑲嵌前，主要通過(guò)影像疊加顯示、量測(cè)、目視觀察等方法進(jìn)行精度檢查。鑲嵌線選取線狀地物或地塊邊界等明顯分界線，達(dá)到了鑲嵌影像中的拼縫盡可能消除的效果，使不同時(shí)相影像鑲嵌時(shí)保證同一地塊內(nèi)紋理、色彩自然過(guò)渡，有利于后續(xù)的現(xiàn)狀地物判讀和解譯。

2.2.5 標(biāo)準(zhǔn)圖幅裁切

為了得到標(biāo)準(zhǔn)分幅的數(shù)字正射影像成果，按照GB/T 13989-2012《國(guó)家基本比例尺地形圖分幅和編號(hào)》，確定成果數(shù)據(jù)的分幅范圍、名稱和圖幅數(shù)量［2］。該研究區(qū)域遙感影像鑲嵌成果檢查合格后，利用ERDAS軟件，按照1∶10 000標(biāo)準(zhǔn)分幅內(nèi)圖廓外接矩形外擴(kuò)50像素范圍裁切標(biāo)準(zhǔn)分幅影像，圖幅內(nèi)缺少影像數(shù)據(jù)區(qū)域以白色填充。

3 精度分析與質(zhì)量評(píng)價(jià)

為保證數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度，需要對(duì)其進(jìn)行精度驗(yàn)證和質(zhì)量評(píng)價(jià)。

3.1 質(zhì)量評(píng)價(jià)

1）圖面檢查

該研究數(shù)字正射影像成果圖面檢查中發(fā)現(xiàn)，部分相鄰影像存在鑲嵌線局部從超過(guò)2個(gè)像素的地區(qū)穿過(guò)、圖面有扭曲、相鄰影像之間存在色差等問(wèn)題，問(wèn)題區(qū)域返回作業(yè)組進(jìn)行修改并填寫檢查記錄表格，經(jīng)修改后，符合規(guī)定要求。

2）鑲嵌線檢查

對(duì)影像鑲嵌進(jìn)行逐屏檢查，對(duì)于滿足接邊精度要求但線狀地物不連續(xù)的區(qū)域進(jìn)行了處理，修改后經(jīng)復(fù)查核實(shí)確認(rèn)地物接邊完好，符合規(guī)定要求。

3.2 精度分析

1）接邊精度分析

數(shù)字正射影像鑲嵌過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)部分影像與相鄰影像接邊難度較大，出現(xiàn)接邊區(qū)域多處局部超限無(wú)法走鑲嵌線，該研究在局部超限區(qū)域采用人工加點(diǎn)將誤差減小到質(zhì)量要求內(nèi)的修改方法完成鑲嵌，接邊平均誤差0.8 m，符合規(guī)定要求。

2）平面精度分析

該研究針對(duì)數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)的平面精度分析，采取將實(shí)測(cè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)值與在成果數(shù)據(jù)上量取的坐標(biāo)值相比較的方法，在數(shù)字正射影像中共選取了20個(gè)同名點(diǎn)，按下式統(tǒng)計(jì)中誤差的方法，獲取數(shù)字正射影像平面精度，平面中誤差0.98 m，符合規(guī)定要求。

式中：Xi，Yi為實(shí)測(cè)控制點(diǎn)坐標(biāo)值；xi，yi為糾正后DOM上量取的坐標(biāo)值；Mx，My為檢查點(diǎn)在X，Y方向的點(diǎn)位中誤差；n為檢查點(diǎn)個(gè)數(shù)；M為檢查點(diǎn)點(diǎn)位中誤差。

4 結(jié)論

數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)具有直觀、信息量豐富、可讀性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，作為傳統(tǒng)光學(xué)影像圖的替代和更新產(chǎn)品，不但體現(xiàn)在其制作工藝、制作方式、制作技術(shù)和流程上的科學(xué)性，更體現(xiàn)在其產(chǎn)品的多用性和先進(jìn)性。本文提出基于WorldView、GEOeye、Pleiades的1∶10 000數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)的制作流程，并就數(shù)據(jù)處理過(guò)程中涉及的影像糾正、影像融合、影像鑲嵌、標(biāo)準(zhǔn)分幅與裁切等技術(shù)環(huán)節(jié)，以及成果質(zhì)量評(píng)價(jià)和精度分析方法進(jìn)行探討。該套工作流程在月亮泡蓄滯洪區(qū)數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)制作項(xiàng)目中得到了應(yīng)用，成果質(zhì)量和精度均達(dá)到了項(xiàng)目目標(biāo)，相鄰圖幅接邊正確、影像無(wú)模糊或錯(cuò)位，色彩均衡、自然，影像清晰易讀、反差適中、色調(diào)均勻一致，連續(xù)色調(diào)的變化自然，表明本文方法具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和操作性。

［參 考 文 獻(xiàn)］

［1］蔣紅，王睿.淺談數(shù)字正射影像圖的制作與應(yīng)用［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2014，37（3）：151-152．

［2］許康，盧剛，丁榮榮.1∶10 000 Pleiades衛(wèi)星數(shù)字正射影像圖的制作方法與質(zhì)量控制［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2015.