遙感正射影像1：10000地形圖快速更新方法的探討
——以金昌市、甘南藏族自治州更新項(xiàng)目為例

胡天文，仝 昕

（甘肅省基礎(chǔ)地理信息中心，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

基礎(chǔ)測繪是為經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供服務(wù)的基礎(chǔ)性工作，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的基本條件和重要保證，為國土空間用途管制、生態(tài)保護(hù)修復(fù)和高質(zhì)量發(fā)展西部生態(tài)安全屏障構(gòu)筑等重大任務(wù)、重大工程提供基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)支持和服務(wù)保障[1]。根據(jù)《甘肅省“十四五”基礎(chǔ)測繪規(guī)劃》，基礎(chǔ)測繪工作為全省經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國防建設(shè)、社會進(jìn)步、生態(tài)保護(hù)、脫貧攻堅(jiān)、應(yīng)急保障和全面建成小康社會提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐[2]，1∶10 000地形圖成果數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)測繪成果的重要組成部分，該項(xiàng)任務(wù)將是一項(xiàng)長久的、必不可少的工作。

近些年來，隨著甘肅省城市化發(fā)展進(jìn)程越來越快，對地形圖的更新要求也越來越高。這就迫切需要對省級1∶10 000地形圖成果進(jìn)行持續(xù)地、快速地更新和完善。為滿足1∶10 000 地形圖快速更新的需求，文章基于金昌市、甘南藏族自治州更新項(xiàng)目，在正射影像處理、軟件選擇、資料整理整合、數(shù)據(jù)更新采集和元數(shù)據(jù)生產(chǎn)等各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化總結(jié)更高效的經(jīng)驗(yàn)，通過技術(shù)能力提升，提高基礎(chǔ)測繪地形圖更新效率。

1 遙感影像獲取與處理

1.1 影像數(shù)據(jù)源獲取

影像作為1∶10 000地形圖更新的基礎(chǔ)底圖，其獲取時(shí)間是影響更新數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性、內(nèi)業(yè)采集和外業(yè)調(diào)繪核查工作量的重要因素，成果影像的精度還必須滿足更新1∶10 000地形圖的精度要求。

傳統(tǒng)的基礎(chǔ)測繪1∶10 000 地形圖采集或者更新項(xiàng)目中，大多數(shù)影像源為航空攝影數(shù)據(jù)成果。航空遙感影像是指利用飛行器（如大、小型無人機(jī)或者飛機(jī)等）搭載遙感傳感器獲取地球表面信息的方法。航空遙感雖然具有數(shù)據(jù)獲取快、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高、影像分辨率高等優(yōu)勢，但由于其飛行器飛行高度較低，只適用于中小范圍影像數(shù)據(jù)獲取。1∶10 000 地形圖更新項(xiàng)目涵蓋金昌市、甘南藏族自治州兩大市域，覆蓋面積大，如果采用航空影像為影像數(shù)據(jù)源，任務(wù)區(qū)影像獲取、收集整理的工作量過大，工期太長。為實(shí)現(xiàn)快速更新的目的，項(xiàng)目選取航天影像作為影像數(shù)據(jù)源。航天影像又稱衛(wèi)星影像，是指利用衛(wèi)星上攜帶的遙感傳感器捕捉地球表面信息得到的影像。由于衛(wèi)星的拍攝高度較高，其影像具有覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，適用于大范圍的影像數(shù)據(jù)獲取。應(yīng)用高分辨率遙感衛(wèi)星影像進(jìn)行地形圖更新具有生產(chǎn)周期短、成本低、精度高等不可比擬的優(yōu)勢。

在滿足影像分辨率、精度和其他要求的前提下，選取由自然資源衛(wèi)星遙感云服務(wù)平臺推送的高分辨率國產(chǎn)高分二號及七號原始衛(wèi)星影像作為影像數(shù)據(jù)源，對影像數(shù)據(jù)源進(jìn)行分析整理，選取符合時(shí)相要求、云、雪覆蓋量少（20%以下）的原始影像進(jìn)行后續(xù)處理。

1.2 影像處理技術(shù)路線與工藝流程

收集的衛(wèi)星影像在處理時(shí)需先制定合理的技術(shù)路線，在影像處理時(shí)選取地理成像加速器（PCI GXL）軟件進(jìn)行正射影像生產(chǎn)，總體流程見圖1。

圖1 正射影像處理流程圖

（1）資料準(zhǔn)備。收集任務(wù)區(qū)內(nèi)已有的參考影像（第三次國土調(diào)查影像等）、數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)和原始影像，進(jìn)行資料準(zhǔn)備。

（2）區(qū)域網(wǎng)平差。進(jìn)行影像控制點(diǎn)采集、影像重疊區(qū)域的連接點(diǎn)采集等，進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差。采集的控制點(diǎn)和連接點(diǎn)應(yīng)均勻分布，其數(shù)量、密度等能滿足區(qū)域網(wǎng)平差要求。

（3）正射糾正。使用嚴(yán)格數(shù)學(xué)模型和數(shù)字高程模型來糾正原始影像扭曲，經(jīng)過處理，將待糾正影像上的地物特征與其在地球上的真實(shí)位置關(guān)聯(lián)起來。

（4）影像融合。采用銳化融合方法，通過融合黑白全色和多光譜彩色影像創(chuàng)建高分辨率彩色影像。該方法使用產(chǎn)生銳化結(jié)果優(yōu)于其他類型的算法，融合的同時(shí)能夠保留原始影像的光譜特性。

（5）勻光勻色。影像融合后便可形成階段性數(shù)字正射影像成果，即整景數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)，每景影像按照單獨(dú)文件夾存放，其中包含每景影像文件、影像信息文件、金字塔文件等。對檢查合格的整景影像數(shù)據(jù)進(jìn)行勻光勻色處理，要求影像色彩真實(shí)、紋理清晰，曝光適度等。

2 專業(yè)更新軟件Geoway updater在1∶10 000地形圖快速更新中的應(yīng)用

Geoway updater 是吉威公司基于ArcGIS 開發(fā)的地理信息更新軟件，是一款專門用于測繪地理信息數(shù)據(jù)更新項(xiàng)目且功能十分強(qiáng)大的軟件[3]。在1∶10 000地形圖快速更新項(xiàng)目中，Geoway updater 軟件在以下幾個(gè)功能模塊中發(fā)揮了優(yōu)勢作用。

（1）數(shù)據(jù)質(zhì)檢及自動(dòng)修改功能。針對更新采集完的數(shù)據(jù)，軟件自帶各類質(zhì)檢功能：對比2020 版《甘肅省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)與建庫1∶5 000 1∶10 000 DLG 要素分類、分層與編碼規(guī)定》方案檢測功能，可以篩查出不在編碼規(guī)定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)；邏輯質(zhì)檢功能，可以檢查點(diǎn)、線、面之間的邏輯關(guān)系并可以批量修改不合理偽節(jié)點(diǎn)、懸掛點(diǎn)等錯(cuò)誤；圖廓咬合功能，可以結(jié)合內(nèi)圖廓線對各種線狀、面狀的物類進(jìn)行圖廓咬合檢查并批量修改不合理圖廓咬合以及其他質(zhì)檢功能，確保數(shù)據(jù)在采集初編階段就能排除大部分錯(cuò)誤。

（2）自主接邊功能模塊。配合更新軟件，吉威公司推出了獨(dú)立接邊工具軟件Geoway Edgecoorinator，在接邊工程下軟件通過接邊線自主發(fā)現(xiàn)圖幅四周需要接邊的要素，并對應(yīng)接未接要素進(jìn)行標(biāo)注，批量完成接邊工作，包括位置、屬性的接邊，相比以往手動(dòng)接邊，既保證了接邊精度，又大大提高了接邊效率。

（3）保留要素更新信息與增量更新包。所有在更新過程中的數(shù)據(jù)，要素屬性欄里都會自動(dòng)添加更新屬性字段，在更新過程中記錄下要素的更新時(shí)間與更新狀態(tài)，可以有效區(qū)分成果數(shù)據(jù)的更新信息。所有數(shù)據(jù)在工程下更新檢查完畢后，可以導(dǎo)出增量更新包，更新包中是所有經(jīng)過更新的要素內(nèi)容，可方便查找圖幅更新內(nèi)容、任務(wù)區(qū)變化區(qū)域，可節(jié)約作業(yè)員在數(shù)據(jù)編輯處理階段的工作量。

（4）支持封閉區(qū)域內(nèi)一鍵構(gòu)面的功能。Geoway updater軟件新開發(fā)的一鍵構(gòu)面功能，在作業(yè)中要采集面狀要素時(shí)，如果其四周已經(jīng)由線狀地物構(gòu)成封閉區(qū)域，直接點(diǎn)擊區(qū)域內(nèi)部便可完成面填充工作，相比以往在采集面狀地物時(shí)，需追蹤邊線完成面的采集，既避免了會出現(xiàn)面空洞錯(cuò)誤，又能節(jié)約作業(yè)時(shí)間。

（5）聯(lián)動(dòng)編輯功能。當(dāng)需要處理共線、共面的要素時(shí)，先在聯(lián)動(dòng)編輯設(shè)置中選中需統(tǒng)一修改的地物，再次串聯(lián)修改時(shí)，可以同時(shí)修改兩類及以上要素，比如在修改路面寬度時(shí)可以同時(shí)修改道路邊線與道路面兩種要素，這種作業(yè)方式既避免出現(xiàn)共線、共面的要素節(jié)點(diǎn)不一致的情況，同時(shí)也提高了作業(yè)效率。

3 優(yōu)化專題資料整理方式

專題資料的分析處理是1∶10 000 地形圖快速更新項(xiàng)目中十分重要的前期工作，該工序的質(zhì)量直接影響到地形圖更新工作的成果質(zhì)量與工作效率[4]。

在項(xiàng)目開展前期，收集相關(guān)的行業(yè)的專題資料，具體包括等級道路及交通設(shè)施、行政區(qū)劃設(shè)置情況、水利設(shè)施、電力桿塔設(shè)施等行業(yè)專題資料。對各類專題資料進(jìn)行整理分析，明確資料使用原則，確保資料利用的統(tǒng)一性。

3.1 制定資料使用原則

由于收集的資料較多，首先對各類資料的來源、內(nèi)容、現(xiàn)勢性進(jìn)行分析，制定資料使用原則，按照資料的權(quán)威性及現(xiàn)勢性明確每一種地物類的基礎(chǔ)資料和參考資料，優(yōu)先按照基礎(chǔ)資料更新要素屬性，在基礎(chǔ)資料存在少數(shù)缺漏的時(shí)候再使用參考資料。資料使用原則的制定大大節(jié)約了項(xiàng)目前期資料使用培訓(xùn)的時(shí)間。

3.2 專題資料轉(zhuǎn)換與提取

由于收集的資料種類繁多、格式多樣，無法直接使用，需要將資料進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)整合、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等操作。

3.2.1 文檔資料矢量化

專題資料中電力數(shù)據(jù)與安置點(diǎn)數(shù)據(jù)等資料是電子文檔格式。對于此類資料，先根據(jù)其內(nèi)容提取出有用的信息數(shù)據(jù)，再借助ArcGIS 軟件，通過坐標(biāo)信息將資料矢量化，最后對應(yīng)任務(wù)區(qū)投影分帶做相應(yīng)投影轉(zhuǎn)換，得到專題資料矢量文件，可以直接加載參考利用。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)資料空間化

專題資料中，甘肅省統(tǒng)計(jì)行政區(qū)劃名稱及代碼和近年來的撤鄉(xiāng)改鎮(zhèn)文件等資料來源于國家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站、民政局網(wǎng)站等官方網(wǎng)站。對于此類權(quán)威性網(wǎng)站資料，首先下載整理為文檔格式資料，提取數(shù)據(jù)中的各級行政駐地標(biāo)注點(diǎn)，然后根據(jù)撤鄉(xiāng)改鎮(zhèn)文件，更新各級行政駐地標(biāo)注點(diǎn)名稱，在ArcGIS軟件下，將更新后的行政駐地標(biāo)注點(diǎn)數(shù)據(jù)與最新版城鄉(xiāng)分區(qū)代碼中名稱屬性項(xiàng)做鏈接處理，最后將最新的PAC碼屬性掛接到行政駐地標(biāo)注點(diǎn)上，可以最大限度地減輕后續(xù)外業(yè)調(diào)繪中對該類地物調(diào)繪核查的工作量。

戴笠對黃炎培早有意見，現(xiàn)在終于有了這么個(gè)好機(jī)會，就想狠狠地“教訓(xùn)”一下他，于是未認(rèn)真分析這個(gè)情報(bào)的真假，便下令特務(wù)將黃炎培的住宅包圍起來，并強(qiáng)行搜查。

3.2.3 按照任務(wù)區(qū)范圍建立專題資料吉威工程

為了在作業(yè)時(shí)更快地加載對照參考資料，對于所有已完成格式、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的專題資料，先以任務(wù)區(qū)范圍裁切，再根據(jù)圖層地物分類導(dǎo)入軟件，按照方案與相應(yīng)地物類逐一對應(yīng)，例：公路資料按照國、省、縣、鄉(xiāng)、專及農(nóng)村道路與LRDL 圖層下各地物類對應(yīng)，電力資料與管線資料與PIPL、PIPP 圖層下各地物類對應(yīng)。建立的可以直接加載圖層的專題資料吉威工程，在作業(yè)時(shí)可以直接復(fù)制使用，節(jié)約了資料導(dǎo)入導(dǎo)出、裁切整理的時(shí)間。

4 優(yōu)化外業(yè)調(diào)繪模式

4.1 采用電子調(diào)繪形式

傳統(tǒng)的外業(yè)調(diào)繪形式采用的是紙質(zhì)調(diào)繪，作業(yè)員攜帶紙質(zhì)調(diào)繪片在野外對影像和實(shí)地進(jìn)行對照，將調(diào)繪內(nèi)容標(biāo)記在調(diào)繪片上，回到室內(nèi)依據(jù)圖式規(guī)范對調(diào)繪片完成清繪工作，形成最終的調(diào)繪成果提供給內(nèi)業(yè)人員參考修改[5]。這種作業(yè)方式在調(diào)繪片生產(chǎn)階段、外業(yè)調(diào)繪階段和調(diào)繪片返回內(nèi)業(yè)上圖修改階段均產(chǎn)生諸多不便。

為了在外業(yè)調(diào)繪這個(gè)重要環(huán)節(jié)提高工作效率，節(jié)省作業(yè)時(shí)間，更好地達(dá)到快速更新的目的，項(xiàng)目采用了電子調(diào)繪的方式，調(diào)繪片由紙質(zhì)改為電子切片格式，影像和符號化后的矢量數(shù)據(jù)以電子地圖切片的方式存儲（*.png格式），這樣極大地壓縮了數(shù)據(jù)量、節(jié)省了空間，也減輕了制作調(diào)繪片的工作量。在外業(yè)平板上安裝外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)，導(dǎo)入電子調(diào)繪片，在野外作業(yè)時(shí)，可將調(diào)繪內(nèi)容直接采用點(diǎn)、線、面的方式記錄在平板中，這種作業(yè)模式避免了電子調(diào)繪時(shí)易發(fā)生卡屏、死機(jī)的現(xiàn)象，提高了工作效率。

4.2 外業(yè)調(diào)繪注意事項(xiàng)

（1）統(tǒng)一影像切片與矢量數(shù)據(jù)制作的切片方案。外業(yè)調(diào)繪時(shí)要同時(shí)加載影像與矢量數(shù)據(jù)，需要以同樣的縮放比例尺將兩者縮放到同一級別查看操作，所以在制作影像與矢量電子調(diào)繪片切片時(shí)需采用同一個(gè)切片方案?？紤]到任務(wù)區(qū)范圍與數(shù)據(jù)量大小，制作了縮放比例尺分別為：1∶30 000、1∶15 000、1∶7 500、1∶3 000、1∶1 500的切片方案，在影像與矢量切片數(shù)據(jù)制作時(shí)分別采用。

（2）配置合理的符號。在進(jìn)行矢量切片數(shù)據(jù)生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)先按照各數(shù)據(jù)層下地物分類，對應(yīng)設(shè)置合理的、易于外業(yè)分辨的符號方案，例如點(diǎn)狀房屋對應(yīng)的符號為灰色小矩形，河流流向符號為藍(lán)色箭頭等。

（3）卸載外業(yè)調(diào)繪時(shí)不需調(diào)繪的圖層。雖然采用切片形式的電子調(diào)繪方式已極大地壓縮了數(shù)據(jù)量，但將面積較小的金昌市劃分為3個(gè)調(diào)繪區(qū)域，甘南藏族自治州劃分為6 個(gè)調(diào)繪區(qū)域后，數(shù)據(jù)量十分龐大，所以在制作外業(yè)調(diào)繪底片時(shí)，刪除調(diào)繪時(shí)不涉及的CPTL、LRDA、TERL等圖層。

5 采用元數(shù)據(jù)系統(tǒng)批量生成元數(shù)據(jù)

元數(shù)據(jù)是測繪數(shù)據(jù)重要的組成部分，具有描述數(shù)據(jù)屬性的特征。傳統(tǒng)的元數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式是先建立好元數(shù)據(jù)模板，然后按照圖幅情況修改模板內(nèi)容，形成每幅圖的元數(shù)據(jù)成果。這種作業(yè)模式自動(dòng)化程度較低，人工填寫的工作量大，而且在完成元數(shù)據(jù)的制作后，如果后期要對元數(shù)據(jù)調(diào)整和修改，也需人工逐個(gè)進(jìn)行排查修改，速度太慢，工作效率太低[6]。

為了實(shí)現(xiàn)快速更新的目的，在元數(shù)據(jù)制作階段，項(xiàng)目組利用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)批量生產(chǎn)元數(shù)據(jù)的思路，自主研發(fā)了元數(shù)據(jù)系統(tǒng)。在制作1∶10 000標(biāo)準(zhǔn)圖幅元數(shù)據(jù)的過程中，先按照1∶10 000分幅結(jié)合表填寫元數(shù)據(jù)部分屬性項(xiàng)，將產(chǎn)品名稱、版本、大地基準(zhǔn)等通用項(xiàng)統(tǒng)一填寫，并按照作業(yè)時(shí)的數(shù)據(jù)情況填寫影像獲取時(shí)間、生產(chǎn)日期等屬性項(xiàng)；其次，對于圖名、等高距等未發(fā)生變化的屬性項(xiàng)，從原始元數(shù)據(jù)中讀??；圖層數(shù)量、圖層名稱等屬性項(xiàng)直接按照成果數(shù)據(jù)相關(guān)屬性計(jì)算讀取。在元數(shù)據(jù)系統(tǒng)中明確各屬性項(xiàng)讀取的源頭，按照路徑要求建立結(jié)合表、成果數(shù)據(jù)和原始元數(shù)據(jù)文件夾，通過元數(shù)據(jù)系統(tǒng)便可批量完成元數(shù)據(jù)的制作。開發(fā)和利用該系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率和正確率，生產(chǎn)約500 幅元數(shù)據(jù)只需不到2 h，相比傳統(tǒng)的元數(shù)據(jù)制作方式，極大地減少了人工填寫、修改的量，節(jié)約了時(shí)間。

6 結(jié)語

文章主要基于金昌市、甘南藏族自治州1∶10 000地形圖快速更新項(xiàng)目，從影像源獲取、正射影像處理、更新軟件選擇、專題資料整理分析及元數(shù)據(jù)制作各工序中摒棄傳統(tǒng)的、耗時(shí)費(fèi)力的作業(yè)方式，分析總結(jié)出優(yōu)勢的、省時(shí)省力的作業(yè)方式，研究表明:

（1）任務(wù)區(qū)覆蓋范圍過大時(shí)，在影像數(shù)據(jù)源選取上應(yīng)該優(yōu)先選取航天影像數(shù)據(jù)源。合理的航天影像數(shù)據(jù)源不但能保證1∶10 000 更新項(xiàng)目的影像分辨率等精度要求，還能快速獲取大面積范圍內(nèi)的影像數(shù)據(jù)。優(yōu)化已有影像處理技術(shù)流程，在光譜影像與其對應(yīng)的高分辨率全色影像融合階段選取更合適的融合方法，能夠更加快速、完善地獲取正射影像數(shù)據(jù)，以便后續(xù)的內(nèi)業(yè)更新工作盡早開展。

（2）專業(yè)更新軟件Geoway updater 非常智能化，有效地解決了一些地形圖快速更新的問題，可以滿足現(xiàn)階段地形圖快速更新的需求，為相關(guān)工作的開展提供參考。

（3）更新項(xiàng)目更多地依賴專題資料，應(yīng)十分重視專題資料收集、分析與整理工作，制定資料使用原則，確保成果資料使用尺度一致。通過對專題資料坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)提取等處理，使專題資料能夠更好地為地形圖快速更新工作服務(wù)。

（4）在外業(yè)調(diào)繪階段將傳統(tǒng)的紙質(zhì)調(diào)繪改為電子調(diào)繪，分幅的紙質(zhì)調(diào)繪片改為按照任務(wù)區(qū)劃分的電子調(diào)繪片，最大程度地縮短了工期。

（5）在元數(shù)據(jù)生產(chǎn)時(shí)，傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式太費(fèi)時(shí)費(fèi)力，總結(jié)元數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)律，使用自主研發(fā)的元數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)，精簡了傳統(tǒng)元數(shù)據(jù)填寫流程，提高了生產(chǎn)效率，為元數(shù)據(jù)制作提供了全新的思路。