影像控制點(diǎn)的綜合管理

徐筠 張立云 沈晴

摘要：影像控制點(diǎn)是我國(guó)近海衛(wèi)星遙感影像幾何精糾正和地理定位的重要數(shù)據(jù)源。本文從實(shí)際工作出發(fā)，首先詳細(xì)論述了影像控制點(diǎn)從數(shù)據(jù)采集到生產(chǎn)加工的全過(guò)程，然后基于ArcGIS技術(shù)建設(shè)了像控點(diǎn)管理平臺(tái)，最后以曹妃甸區(qū)域作為實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該地區(qū)影像控制點(diǎn)的綜合管理。

Abstract： Image control point is the important data source for precise geometry rectification and geographic positioning of offing satellite raster image. Based on practical work， a whole process from data collection to data production of image control point is discussed in detail in this article first， then a manage platform is constructed using ArcGIS. Finally， general management of image control point is implemented in use of Caofeidian district.

關(guān)鍵詞：影像控制點(diǎn)；幾何糾正；綜合管理

Key words： image control point；geometry rectification；general management

中圖分類(lèi)號(hào)：P236 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）12-0014-02

0 引言

在遙感影像成像過(guò)程中，由于受透視投影、攝影軸傾斜、大氣折光、地球曲率、地形起伏等多方面影響，影像中各像點(diǎn)產(chǎn)生了不同程度的幾何變形，造成影像數(shù)據(jù)與地圖矢量數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)行匹配，這給海洋調(diào)查中基于影像信息提取的諸如岸線、植被、濱海濕地、海域使用等的解譯工作開(kāi)展帶來(lái)難度。因此，要精確地使用遙感影像，需要大量的影像控制點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行幾何精糾正。

本文從實(shí)際工作出發(fā)，首先利用高精度GPS測(cè)量手段對(duì)海岸帶沿岸地區(qū)進(jìn)行實(shí)地施測(cè)，提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的沿海影像控制點(diǎn)信息，然后基于實(shí)測(cè)的像控點(diǎn)對(duì)衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行幾何精糾正和精度評(píng)定，保障資料的可靠性；最后通過(guò)GIS技術(shù)建立像控點(diǎn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，整合像控點(diǎn)信息和精糾正的遙感影像信息，作業(yè)全過(guò)程實(shí)現(xiàn)了對(duì)影像控制點(diǎn)的綜合管理。

1 沿海影像控制點(diǎn)綜合管理方法

要實(shí)現(xiàn)對(duì)沿海影像控制點(diǎn)的綜合管理，首先必須要弄清其數(shù)據(jù)來(lái)源及加工處理的全過(guò)程，然后再在此基礎(chǔ)上進(jìn)行空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和平臺(tái)建設(shè)，故像控點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和遙感影像糾正是進(jìn)行綜合管理的前提。

1.1 像控點(diǎn)測(cè)量

像控點(diǎn)測(cè)量是指根據(jù)影像上室內(nèi)布點(diǎn)方案，在實(shí)地根據(jù)影像的灰度和形狀找到并確定像控點(diǎn)的位置，聯(lián)測(cè)求解該點(diǎn)的三維坐標(biāo)[1]。隨著GPS技術(shù)的快速發(fā)展，像控點(diǎn)測(cè)量通常采用GPS快速靜態(tài)模式施測(cè)，該方式極大提高了作業(yè)質(zhì)量和效率，定位精度也完全滿足要求。其作業(yè)流程主要包括：

①基于遙感影像選擇合適的控制點(diǎn)進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)。控制點(diǎn)的選擇須在遙感影像分辨率限制下能夠明顯分辨出來(lái)的點(diǎn)，比如線狀地物的交角或地物拐角上，點(diǎn)位均勻分布，考慮到沿岸特殊的地形條件，可在海堤以及圍填海變化較大區(qū)域多布設(shè)些控制點(diǎn)。

②現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)并繪制草圖，草圖需記錄控制點(diǎn)的位置信息及周邊地物情況，作為制作點(diǎn)之記的依據(jù)。外業(yè)觀測(cè)時(shí)，需保證足夠的觀測(cè)時(shí)間，接收足夠數(shù)量的觀測(cè)衛(wèi)星，確保外業(yè)實(shí)測(cè)精度符合要求。

③在實(shí)測(cè)像控點(diǎn)周邊選取適當(dāng)?shù)尿?yàn)證點(diǎn)進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)，作為遙感幾何精糾正精度評(píng)定的依據(jù)，驗(yàn)證點(diǎn)數(shù)量在像控點(diǎn)數(shù)量的15%左右[2]。

④基于隨機(jī)軟件通過(guò)平差計(jì)算和高程擬和計(jì)算對(duì)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，提供點(diǎn)的三維坐標(biāo)（包括平面坐標(biāo)和球面坐標(biāo)）。

1.2 衛(wèi)星遙感影像幾何精糾正

為得到更為精確的衛(wèi)星遙感影像產(chǎn)品，消除像點(diǎn)幾何變形帶來(lái)的影響，必須對(duì)其進(jìn)行幾何精糾正，即利用控制點(diǎn)的大地測(cè)量參數(shù)建立畸變圖像空間與地理制圖的標(biāo)準(zhǔn)空間之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用這種關(guān)系把畸變圖像的全部元素變換到標(biāo)準(zhǔn)空間區(qū)[3]。

衛(wèi)星遙感影像幾何精糾正的主要過(guò)程包括：①對(duì)成像效果較差的影像進(jìn)行拉伸處理，保證影像的紋理清晰可辨。②對(duì)存在重疊影像的地區(qū)，根據(jù)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和成像時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，篩選的原則是保障數(shù)據(jù)無(wú)云、清晰度高、現(xiàn)勢(shì)性好。③基于地面控制點(diǎn)對(duì)單幅影像采用多項(xiàng)式校正法進(jìn)行幾何精校正。④對(duì)經(jīng)幾何精校正后的影像采用最近像元法[4]進(jìn)行重采樣輸出。⑤通過(guò)驗(yàn)證點(diǎn)對(duì)糾正影像進(jìn)行精度檢測(cè)評(píng)定，選取與遙感影像的同名點(diǎn)，分別量取坐標(biāo)，利用兩點(diǎn)之間距離的計(jì)算式，求得同名點(diǎn)的距離，可以視為同名點(diǎn)糾正無(wú)法的較差。點(diǎn)位中誤差計(jì)算方法按下式[5]求得：

m=±

式中：Δ—同名點(diǎn)誤差值，由同名點(diǎn)坐標(biāo)得到兩點(diǎn)之間的距離；

n—檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

1.3 像控點(diǎn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)建設(shè)

為方便對(duì)實(shí)測(cè)像控點(diǎn)信息和經(jīng)幾何精糾正遙感影像的綜合應(yīng)用，需要利用GIS技術(shù)建設(shè)像控點(diǎn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。平臺(tái)首先要建立在一個(gè)像控點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，用來(lái)存儲(chǔ)已經(jīng)獲得的像控點(diǎn)信息，為生產(chǎn)糾正產(chǎn)品中需要像控點(diǎn)時(shí)提供數(shù)據(jù)源。結(jié)合實(shí)測(cè)資料情況，像控點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)如表1所示。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)像控點(diǎn)管理平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。平臺(tái)建設(shè)以ArcGIS作為技術(shù)依托，首先，將沿海影像控制點(diǎn)錄入到空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，其中，控制點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)以一個(gè)點(diǎn)狀coverage形式存儲(chǔ)，即每一個(gè)地理要素一點(diǎn)，代表一個(gè)控制點(diǎn)；屬性數(shù)據(jù)則以記錄形式存儲(chǔ)在文件表中，并由唯一標(biāo)識(shí)與空間數(shù)據(jù)進(jìn)行連接。然后基于該空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)像控點(diǎn)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)和遙感影像在地理空間上的自動(dòng)加載、自動(dòng)定位、查詢關(guān)聯(lián)等功能。

2 沿海影像控制點(diǎn)綜合管理實(shí)現(xiàn)

本文以曹妃甸地區(qū)作為實(shí)踐區(qū)域，通過(guò)外業(yè)觀測(cè)、影像糾正、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)三方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)像控點(diǎn)信息的綜合管理。

2.1 外業(yè)觀測(cè)

基于曹妃甸區(qū)域衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行了控制點(diǎn)布設(shè)，對(duì)其實(shí)施了外業(yè)觀測(cè)，測(cè)量點(diǎn)位涉及南堡經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)、曹妃甸工業(yè)園區(qū)、首鋼搬遷工地、曹妃甸煤碼頭、曹妃甸礦石碼頭等重點(diǎn)用海工程的典型特征點(diǎn)，共實(shí)測(cè)控制點(diǎn)28個(gè)，驗(yàn)證點(diǎn)18個(gè)。

2.2 遙感影像糾正

基于實(shí)測(cè)的28個(gè)影像控制點(diǎn)采用二次多項(xiàng)式校正對(duì)衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行了幾何精糾正，各點(diǎn)的幾何糾正精度如圖1所示，控制點(diǎn)均勻覆蓋遙感影像，糾正精度為4.933m，小于2個(gè)像元（10m）的糾正精度[2]。利用18個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)采用同名點(diǎn)驗(yàn)證方式進(jìn)行了精度評(píng)定，誤差分布如圖2所示，糾正精度為4.943m，精度完全符合要求。

2.3 像控點(diǎn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

基于COM技術(shù)ArcObjects的方式，開(kāi)發(fā)了對(duì)實(shí)測(cè)控制點(diǎn)以及糾正后的遙感影像進(jìn)行數(shù)據(jù)管理的平臺(tái)，平臺(tái)主要包括控制點(diǎn)入庫(kù)和控制點(diǎn)查看兩個(gè)子模塊，如圖3所示。實(shí)現(xiàn)了像控點(diǎn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的入庫(kù)，可對(duì)采集到的各像控點(diǎn)信息進(jìn)行查看、查詢檢索并與對(duì)應(yīng)精糾正遙感圖像保持聯(lián)動(dòng)定位，為像控點(diǎn)的管理提供便捷化、靈活化服務(wù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)像控點(diǎn)測(cè)量、遙感影像精糾正、平臺(tái)建設(shè)三環(huán)節(jié)作業(yè)流程以及產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)定方式的詳細(xì)論述和實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了對(duì)像控點(diǎn)以及精糾正遙感影像的綜合管理，研究成果不僅為今后海洋調(diào)查和評(píng)價(jià)提供了可靠的數(shù)據(jù)源，而且使得數(shù)字海洋管理更為方便、高效。

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