福卫二号卫星影像纠正实践

周晓乐，邵子玉

(辽宁省水土保持局，辽宁沈阳 110003)

辽宁省于2006年开始进行全省第四次土壤侵蚀遥感普查和全省水利工程环境遥感普查，采用2005年6、7月和10、11月时相，以台湾福卫二号卫星影像的多光谱8 m分辨率数据为底图，以2 m全色影像和8 m多光谱彩色影像融合后的数据为参考，以“3S”集成技术为平台，利用地理信息系统软件，采取人机交互判读的数字化作业方式，完成了全省土壤侵蚀、土地利用、水库、河流、城镇村屯、水田、旱田、林地等的解译分析，为全省水土保持及水利工程建设提供了大量基础数据。

1 福卫二号卫星介绍

福卫二号卫星是台湾于2004年5月发射升空的空间信息探测卫星，系地球同步轨道卫星，距地面高度891 km，基本参数见表1。该卫星本身自主控制，可以实现每天多次重复扫描，数据采集效率高。载有两个扫描传感器，一个是拍摄全色(PAN波段，黑白)数据，另一个是拍摄彩色多光谱(MS)数据，能同时拍摄1个全色波段和4个多光谱波段，其中全色(黑白)分辨率为2 m，多光谱(彩色)分辨率为8 m。卫星影像在采集后需要用遥感影像处理软件进行一系列的纠正处理才能达到应用的级别，目前常用的遥感软件主要有ERDAS、PCI、ENVI等。台湾福卫二号卫星影像在大陆地区应用得极少，通过一系列的处理，该卫星影像可满足水土流失普查、国土监控、环境控制、灾害评估、土地利用和农业规划等领域的应用需求。

表1 福卫二号卫星基本参数

2 遥感数据处理

2.1 软件选择

影像纠正我们选用的是PCI软件。PCI软件的10.0版本已经将福卫二号卫星的轨道参数编入其中，这就大大减少了对原始影像辐射纠正的工作量，同时在操作上PCI 10.0的正射模块纠正福卫二号影像比较迅速。

2.2 纠正流程

本次卫星影像纠正共包括6个步骤，分别是拼接地形图并配准地形图坐标;参照拼接后的地形图对2 m分辨率的全色影像进行二维几何纠正;参照DEM数字高程图对已进行二维几何纠正的2 m分辨率全色影像进行正射纠正;参照2 m分辨率的已进行二维几何纠正和正射纠正的全色影像对8 m分辨率多光谱影像进行几何纠正;对进行上述步骤后的2 m分辨率全色影像和8 m分辨率多光谱影像进行彩色融合;根据不同的使用需求对卫星影像进行局部增强和数字镶嵌。

(1)拼接地形图并配准地形图坐标。此项工作主要目的是为了纠正地形图在扫描过程中由褶皱产生的误差。地形图的拼接和配准等工作所采用的软件是北京吉威数源软件开发有限公司开发的空间数据加工套件Geoway DRG。操作步骤是:①先将纸质地形图通过工程扫描仪输入计算机，图像格式可以是BMP格式，也可以是TIF的非压缩格式或LZW压缩格式，图像颜色可以是2色、16色、256色或真彩色;②从文件菜单中打开图像文件，在加工菜单中输入地图信息，包括图幅名称、图幅编号、扫描分辨率以及坐标系统，并依据其配准图廓左下角，大致建立图像与实际坐标的对应关系;③选择加工菜单中的自动采集公里网格点，按照加工设置中的控制点采集间距自动采集公里网格点以及与图廓线的交点;④采集完所有控制点后，选择加工菜单中的精度评估，可以得到各控制点的残差以及均方差;⑤系统按误差大小对控制点排序，并定位到原图上，可手工对误差较大的控制点进行编辑或删除;⑥选择加工菜单中的分格网精纠正，对控制点构建三角形并进行分格网精纠正，在加工设置中可以选择纠正图采用原图分辨率，也可以自定义地面分辨率或像素分辨率;⑦从文件菜单中选择另存格式为*.tif或*.bmp，保存纠正后的图像文件。

在地形图纠正完成后选择图像中的图幅拼接，进行地形图的拼接。地形图拼接的目的是让地形图的图幅大于并包含对应位置的卫片，便于下一步的几何纠正操作。辽宁省1∶5万地形图共480幅，纠正拼接地形图是纠正卫片的基础，地形图纠正质量的好坏与以后解译卫片的精度高低有直接的关系。

(2)参照拼接后的地形图对2 m分辨率的全色影像进行二维几何精纠正。福卫二号卫星影像的原始数据为TIF格式，头文件为DIM格式，可用写字板或记事本直接读取。在几何纠正前须先读取头文件信息进行系统辐射纠正，PCI软件已经将卫星的轨道信息载入其中，所以系统辐射纠正过程很简单，用PCI 10.0的Ortho engine模块调出影像，系统即可自动完成辐射纠正的步骤。

辐射纠正完成后，应用GCP WORK模块进行二维几何精纠正。步骤是:①先调入待校正的目标影像和拼接后的地形图;②进行控制点的采集，在采集控制点的过程中要注意控制点在整幅图中分布均匀，各种高程区域内都要有控制点，对于每景面积24 km×24 km的福卫二号卫星影像，采集20个控制点就可以满足纠正需要;③纠正后将控制点存储为TXT格式，便于以后调用。

(3)参照DEM数字高程图对已进行二维几何纠正的2 m分辨率全色影像进行正射纠正。将每景卫片对应的DEM图拼接成比卫片稍大的小块，利用PCI 10.0提供的正射纠正模块，依次调入需正射影像、DEM图、TXT格式的纠正点文件。采用的投影系统为Gauss－Krueger投影，坐标系统为WGS－84，正射纠正后的图像具有高精度的地理坐标，并且地物几何信息纹理清晰，可直接进行解译。

(4)参照2 m分辨率的已进行二维几何纠正和正射纠正的全色影像对8 m分辨率多光谱影像进行几何纠正。依据2 m分辨率正射纠正全色影像对8 m分辨率多光谱影像进行几何纠正，目的是使多光谱影像具有和全色影像相同的坐标系统和投影系，便于融合，也可以单独作为影像进行解译。纠正方法与几何纠正2 m分辨率全色影像的方法相同，只是参考数据由原来的地形图改为2 m分辨率全色影像。

(5)对进行上述步骤后的2 m分辨率全色影像和8 m分辨率多光谱影像进行融合。福卫二号的8 m分辨率影像与2 m分辨率影像彩色融合效果较好。采用的融合工具是PCI 10.0提供的PAN SHARPENING算法。影像融合可以使卫星影像既具有2 m分辨率全色影像的清晰度又具有8 m分辨率多光谱影像的色彩，多用于解译城市地形。

(6)根据不同的使用需求对卫星影像进行局部增强和数字镶嵌。以行政区或小流域为单元对卫片数据进行解译分析。福卫二号卫片数据每景规格为24 km×24 km，每一景不一定就正好包含一个行政区域或者小流域，所以应根据需要进行数字镶嵌拼接或按一定规格切割，以方便卫片解译分析。镶嵌采用 Ortho engine模块下的mosaic only工具，切割利用FOCUS模块下的clipsub setting工具。

3 应用成果

经过镶嵌切割后的卫片就可以进行进一步的解译了，主要采取人机交互判读的数字化作业方式，在计算机上直接绘制土壤侵蚀图斑界线，并根据水利部《土壤侵蚀分类分级标准》界定图斑的侵蚀强度和侵蚀类型，形成数字化的土壤侵蚀图层及相应的属性数据库。经过GIS地学演算，以及全省300多个野外GPS定点校验，最终形成了全省及各市、县、流域水系、河流流域、小流域、水库上游以及不同地类等各个管理层面的土壤侵蚀分布信息。目前该项目已通过验收，并发布了《辽宁省第四次土壤侵蚀遥感普查成果公报》。

4 结语

后期对纠正后的福卫二号卫星影像的一系列应用实践表明，卫星影像能够达到预期效果，能够满足辽宁省对水土流失程度和水利基础设施遥感普查的要求。在实践中我们发现，该影像在影像处理和纠正过程中有许多需要注意的问题:①由于轨道设计问题，辽宁西部即东经120°以西地区侧倾角接近45°，)地物的倾斜度较大，经过正射纠正能有所改观，解译判读时需要仔细校勘;②此次纠正数据量极大，需要能处理海量数据的图形工作站及存储器支持;③福卫二号卫星数据接受顺畅，卫片质量良好，但能为其提供纠正模型的软件并不多，如使用ERDAS、ENVI等软件在纠正过程中需要输入轨道参数;④由于辽宁省此次所用的数据为2005年6、7月和10、11月时相，跨夏秋两季，植被生长状况及土壤含水量变化较大，导致图像色彩差别明显，即使利用PCI软件的colors balance工具也不能将色彩调成一致，这样在判读时就需要根据时相建立不同的解译标志。