基于多源衛(wèi)星影像基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新技術(shù)研究

朱文俊 李美麗 林金雙

（臺(tái)州市地理信息測(cè)繪中心有限公司 浙江臺(tái)州318000）

1 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，推動(dòng)了我國自主研發(fā)的高分辨率衛(wèi)星影像技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)階段，我國已經(jīng)研發(fā)成功的最高分辨率是民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星，該衛(wèi)星空間分辨率可以實(shí)現(xiàn)0.8米的精度。當(dāng)下，我國在高分辨率衛(wèi)星影像技術(shù)研發(fā)上獲得了重大突破，促使了1:1萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新技術(shù)的不斷發(fā)展，不僅為其提供充足的影像資源，同時(shí)也有助于優(yōu)化更新方式。然而，要完成基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新，首先要獲取可以滿足1:1萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新精度的影像資源，同時(shí)要在符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下根據(jù)具體的影像特性，選取適宜的軟硬件生產(chǎn)設(shè)施，科學(xué)合理規(guī)劃技術(shù)方案與詳細(xì)路線，并明確成果指標(biāo)。

2 基礎(chǔ)地理信息更新技術(shù)流程

由于1:1萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新要求的影像資源精度要求較高，為了降低成本，提高數(shù)據(jù)更新速度，準(zhǔn)備了三種精度的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)庫，分別將其設(shè)置為高分辨率一號(hào)、二號(hào)、資源三號(hào)衛(wèi)星影像，其資源庫影像能夠達(dá)到的精度分別為2.0米、1.0米、2.1米[1]。其中將分辨率最高的二號(hào)衛(wèi)星影像作為核心的數(shù)據(jù)來源，在二號(hào)衛(wèi)星不能夠準(zhǔn)確獲取影像的區(qū)域，選取一號(hào)或者三號(hào)高分辨率影像數(shù)據(jù)庫代替。需要特別注意的是，在已經(jīng)建設(shè)完成的城市地區(qū)以及特征不規(guī)則區(qū)域，應(yīng)當(dāng)要盡可能的選取高分辨率二號(hào)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)庫，緊密結(jié)合當(dāng)下最新的各個(gè)行業(yè)主題數(shù)據(jù)，科學(xué)應(yīng)用不同的先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行1:1萬基礎(chǔ)地理信息地形圖數(shù)據(jù)的更新，并完成數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建[2]。技術(shù)流程示意圖如圖1所示。

圖1 技術(shù)流程示意圖

3 各部分關(guān)鍵技術(shù)探究

3.1影像數(shù)據(jù)源應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，1:1萬基礎(chǔ)地理信息地形圖數(shù)據(jù)更新使用的影像源分辨率應(yīng)當(dāng)要超過1.0米，所以要盡可能的使用二號(hào)衛(wèi)星的影像資源。然而，衛(wèi)星在正常工作過程中，會(huì)受到多方面因素的影響，比如說大霧天氣或者云層較厚時(shí)，會(huì)導(dǎo)致獲取的影像不全面，從而降低了DOM精度，最終會(huì)導(dǎo)致DLG采集精度不理想。此外，盡管二號(hào)衛(wèi)星獲得的影像資源精度最高，但是也存在影像獲取速度緩慢的缺陷；高分一號(hào)與資源三號(hào)衛(wèi)星獲取的影像資源精度較差，然而有著獲取速度較快的優(yōu)勢(shì)，通過多次重復(fù)獲取，也可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的精度要求[3]。所以，在進(jìn)行基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新時(shí)，應(yīng)當(dāng)要首先考慮使用二號(hào)影像數(shù)據(jù)庫，對(duì)存在不利天氣覆蓋地方，再使用一號(hào)或者3號(hào)影像數(shù)據(jù)庫進(jìn)行完善，但是使用的影像數(shù)據(jù)精度都必要超過1.0米，一些衛(wèi)星影像上沒有覆蓋的地方，通過開展外業(yè)來完善，確保采集的精準(zhǔn)性[4]。

3.2像控點(diǎn)測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)

相比較于傳統(tǒng)的照片，衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)有著非常大的區(qū)別。在項(xiàng)目正式開展的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)中，為了能夠確保衛(wèi)星影像資源的質(zhì)量以及精準(zhǔn)性，對(duì)各個(gè)位置的像控點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，在實(shí)際測(cè)試過程中，得到高分辨率一號(hào)以及資源三號(hào)等衛(wèi)星獲取的影像資源，在進(jìn)行糾正操作之后依然存在精度不穩(wěn)定的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為檢查點(diǎn)殘差超過標(biāo)準(zhǔn)值，造成衛(wèi)星影像資源即便進(jìn)行糾正，也依舊達(dá)不到規(guī)定的精度要求。為此，在進(jìn)行像控點(diǎn)位置規(guī)劃時(shí)，為了確保影像獲取的精準(zhǔn)度，要對(duì)各個(gè)像控點(diǎn)規(guī)劃方案進(jìn)行數(shù)據(jù)平差，利用分析平差精度以及像控點(diǎn)的數(shù)量與位置關(guān)系，得出像控點(diǎn)的設(shè)置需要按照如下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行：首先，為了更好發(fā)揮像控點(diǎn)的控制效果，各個(gè)地方的網(wǎng)點(diǎn)布置應(yīng)當(dāng)要依照影像的分布特征來開展，控制范圍要全方位包含測(cè)圖區(qū)域，同時(shí)各個(gè)控制點(diǎn)都要是平高點(diǎn)[5]。其次，在保證測(cè)量精度、減少外業(yè)工作強(qiáng)度的背景下，像控點(diǎn)可以使用9點(diǎn)法來規(guī)劃，排除掉影像中心位置的像控點(diǎn)，其余的各個(gè)影像控制點(diǎn)都應(yīng)當(dāng)要處于兩景影像的共同區(qū)域，而針對(duì)共同區(qū)域過大的影像，應(yīng)當(dāng)要額外增加一個(gè)像控點(diǎn)。最后，為了確保檢測(cè)影像的精準(zhǔn)性，三種衛(wèi)星影像在規(guī)劃好控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上，每景影像還應(yīng)當(dāng)要平均布置7個(gè)左右檢查點(diǎn)[6]。

3.3 DLG更新數(shù)據(jù)采集關(guān)鍵技術(shù)

在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前，應(yīng)當(dāng)要提取出DLG數(shù)據(jù)中沒有改變的矢量因素，然后將其和新采集的DOM數(shù)據(jù)中相同影像的套合偏差開展精度檢測(cè)，獲得的套合偏差應(yīng)當(dāng)要符合DLG和DOM數(shù)據(jù)的一致性標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣才能夠開展數(shù)據(jù)采集，反之，如果不符合標(biāo)準(zhǔn)，則需要查明原因，并進(jìn)行更正。DLG數(shù)據(jù)偏差精度要求根據(jù)地形的不同有所差別，通常來說，平地、丘陵地要小于0.5mm，山地、高山地要小于0.7mm[7]。

4 精度檢測(cè)

使用該數(shù)據(jù)更新方式，開展數(shù)據(jù)結(jié)果精度檢測(cè)，依托于GPS RTK外業(yè)采點(diǎn)方法來進(jìn)行DLG、DOM的平面精度檢測(cè)，檢測(cè)中獲得的山地、高山地的總圖幅數(shù)為332個(gè)，平地、丘陵地的總圖幅數(shù)為155個(gè)。在進(jìn)行DOM平面檢測(cè)過程中，抽檢的山地、高山地圖幅數(shù)為41個(gè)，平地、丘陵地的抽檢圖幅數(shù)為22個(gè)，分別占各自總圖幅數(shù)的12.3%和14.2%，針對(duì)山地、高山地進(jìn)行的檢測(cè)點(diǎn)數(shù)為705個(gè)，平地、丘陵地的檢測(cè)點(diǎn)數(shù)為447個(gè)；在進(jìn)行DLG平面檢測(cè)過程中，抽檢的山地、高山地圖幅數(shù)為39個(gè)，平地、丘陵地的抽檢圖幅數(shù)為35個(gè)，分別占各自總圖幅數(shù)的11.7%和22.6%，針對(duì)山地、高山地進(jìn)行的檢測(cè)點(diǎn)數(shù)為482個(gè)，平地、丘陵地的檢測(cè)點(diǎn)數(shù)為463個(gè)，獲得的檢測(cè)結(jié)果如表1、表2所示。

表2 DLG平面檢測(cè)結(jié)果

通過表1可以看出，DOM平面檢測(cè)結(jié)果中，山地、高山地的最大中誤差為3.5米，最小總誤差為0.4米，粗差個(gè)數(shù)為0個(gè)，則粗差率也為0；平地、丘陵地的最大中誤差為3.0米，最小總誤差為0.7米，粗差個(gè)數(shù)為0個(gè)，則粗差率也為0。由此能夠得出，各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果的平面數(shù)學(xué)精度均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

表1 DOM平面檢測(cè)結(jié)果

通過表2可以看出，DLG平面檢測(cè)結(jié)果中，山地、高山地的中誤差（GF2）為2.9米，粗差個(gè)數(shù)（GF2）為0個(gè)，則相應(yīng)的粗差率（GF2）也為0，中誤差（ZY-3）為2.3米，粗差個(gè)數(shù)（ZY-3）為0個(gè)，則相應(yīng)的粗差率（ZY-3）也為0；平地、丘陵地的中誤差（GF2）為2.2米，粗差個(gè)數(shù)（GF2）為0個(gè)，則相應(yīng)的粗差率（GF2）也為0，中誤差（ZY-3）為3.3米，粗差個(gè)數(shù)（ZY-3）為0個(gè)，則相應(yīng)的粗差率（ZY-3）也為0。由此能夠得出，各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果的平面數(shù)學(xué)精度均處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語

綜上所述，基于我國制造的高分辨率衛(wèi)星影像開展1:1萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新的技術(shù)流程，通過實(shí)踐驗(yàn)證，能夠應(yīng)用到實(shí)際基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新中。通過本文探究的利用多源衛(wèi)星影像來進(jìn)行基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新，一方面有效提升了成果水平，保證各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果符合規(guī)定要求，另一方面也很好的提高了獲取影像數(shù)據(jù)資源的效率，節(jié)約了大量的成本，顯著降低了成圖時(shí)間，改善生產(chǎn)效率，表現(xiàn)出了非常好的應(yīng)用價(jià)值，一定程度上推動(dòng)了我國基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在后續(xù)研究過程中，需要重點(diǎn)解決天氣以及拍攝時(shí)間對(duì)衛(wèi)星影像拍攝的影響。