基于资源三号卫星融合影像的地形图修测技术

林亚斌，贾永红，于 宁，刘亚男，白建荣

（1. 云南省航测遥感信息院，云南 昆明 650034；2.武汉大学 遥感信息工程学院，湖北 武汉 430079；3.甘肃省地图院 ，甘肃 兰州 730050）

1∶5万数字地形数据库是国家基础地理空间数据库核心组成部分，是应用最广的基础地理空间数据库[1,2]。为保持其地图数据的现势性和数据精度，我国1∶5万基础地理信息数据库更新周期将缩短为1 a，每年对2012版国家1∶5 万地形数据库的重点要素进行动态更新，其现势性能够更加全面、准确地反映地表自然和人文地理要素的空间分布、特征及其相互关系，能更好地服务于经济社会发展对地理信息资源现势性的要求[3]。2012年1月9日，我国首颗高精度民用立体测绘卫星——资源三号卫星在山西太原卫星发射中心发射成功，它配置了三线阵全色相机和多光谱相机，3台全色相机按照前视、正视、后视的方式形成同轨三镜头拍摄，可以得到地面的三维立体信息[4]。为充分发挥我国第一颗民用高分辨率立体测绘卫星影像的作用，利用该卫星影像直接进行地形图修测减少工作量，降低成本，缩短成图周期和提高地图更新速度，设计了基于资源三号卫星融合影像修测1∶5万地形图的方案，进行了1∶5万地形图修测试验，为资源三号卫星影像用于地图修测提供一套切实可行的解决方案。

1 资源三号卫星影像修测地图技术

根据资源三号测绘卫星影像特点，设计的1∶5万、1∶2.5万地形图修测方案如图1所示。在对测区资料收集、整理的基础上，按图1设计方案首先对资源三号卫星影像进行辐射校正、几何校正[5]；其次对资源三号全色影像和多光谱影像进行配准、融合，获得融合影像；然后利用修测软件Mapstore将融合影像和矢量图配准叠加，采用人机互交的方式对变化居民地、道路、水系等要素进行修测，最后对修测的地形图进行外业检核、质量检查、效果评定等。

图1 地形图修测方案示意图

获取遥感正射融合影像的过程主要包括地面控制点（简称GCP）的选取、全色波段卫星影像正射纠正、多光谱影像数据配准、影像融合、影像增强与调色、多景影像的镶嵌等6个方面， 如图2所示。其中多光谱影像数据配准是利用已经纠正的全色影像对多光谱影像进行几何纠正和重采样，这里采用基于改进的SIFT特征匹配算法快速实现高精度影像配准[6]。

资源三号全色影像与多光谱影像融合采用Pansharpening融合方法，它是一种基于统计的自动融合方法，在融合过程中考虑了传感器成像特性，对同源影像融合效果好[7]。

图2 正射融合影像制作的流程图

2 地形图修测试验与分析

地形图修测试验数据为2012-02-01获取的覆盖甘肃省金昌市市区的资源三号卫星全色和多光谱影像，按照设计方案首先对影像进行辐射、几何处理，并进行了配准、融合。然后，采用Mapstore软件将其与DLG数据进行叠加、套合，以融合影像为底图，对居民地、水系、道路等要素进行修测，最后对修测结果进行了评价。

2.1 居民地的修测

对于居民地而言，通过修测来正确表示居民地的位置、居民地分布形式、居民地的类型以及居民地与其他要素之间的关系。在1∶5万地形图的表示中，居民地可分为3种形态：街区式、散列面状式和散列点状式。修测居民区时候可以删除原有地图的房屋晕线，让压盖在居民地符号下的影像更为清楚。 然后根据影像提供的信息对原有的居民地符号进行编辑、删除或添加。在地形图修测过程中对于边界清楚的规则的街区式居民地，在影像上可以清楚地看到边角，采用3点画矩形的方法即可完成修测。影像清晰度不高时，要根据影像纹理认真判定，以便精确地确定居民地类别和大小。如图3所示为修测的居民地表示。

图3 居民地修测图

对被云雾遮挡的建筑物，无法直接判读建筑物的边界，则需要实地采集建筑物的边界线数据，然后完成修测。

2.2 道路的修测

在城镇化进程中，道路建设发展迅猛。保持道路信息现势性，首先要有新的道路信息。新的道路信息包括新增加道路的相关信息、道路的等级变更及路段的改变或废弃等。清晰的影像是进行正确判读的必要条件，图4中对于新增的道路信息，在数字影像上对其进行提取后导入数字地图中即可完成更新。对于居民地内部的道路，对影像上其边界线的判读比较困难时，需进行外业实地调绘、实测来更新。道路等级提高时，仅需修改其属性及拓扑关系，这与增加信息时使用的方法类似。

图4 边界线清楚的道路及其修测图

2.3 水体的修测

水体包括自然水体和人工水体。前者如河流、湖泊等；后者有池塘、人工湖等。在一般情况下，水体的水涯线在进行修测时，对比相关水位资料，若水位变化不大，则直接按照遥感影像上的水位测定，如图5。若水位与常水位相差较大（如枯水期、丰水期等就会有较大的变化），则要根据历年的资料，结合实际情况以常水位作为水体的水涯线。

完成地形图要素修测后，必须进行精度检查，以便分析其质量是否达到相应的精度要求。这里对地形图修测结果的质量检查主要包括几何精度（位置精度）和属性2个方面。

为了科学评定修测精度，在试验区1∶5万修测图上选取了分布均匀的30个检查点用于精度评定，通过比较修测图上检查点的坐标和DLG图上同名点的坐标，经统计分析得到：

从平面几何精度上来看，修测成果已经达到了1∶5万地形图精度要求，资源三号卫星影像可以用于1∶5万地形图修测。

图5 水涯线清楚的水体示意图

3 结 语

本文设计的基于资源三号卫星融合影像1∶5万地形图修测试验方案是合理的，采用Mapstore软件修测1∶5万地形图几何精度满足要求，资源三号卫星融合影像对各种地理要素解译性好，表明资源三号卫星融合影像能用于1∶5万比例尺地形图修测，并提供了一套1∶5万比例尺地形图修测途径。

[1]隋玉川，师飞.浅谈遥感影像在地形图修测方面的应用[J].测绘与空间地理信息. 2010，33(1)：14-16

[2]刘云峰.利用遥感影像更新1∶5万核心矢量地形数据技术方案及问题探讨[J].测绘通报，2003，32(11)：26-28

[3]简灿，阮红利. 利用高分辨率的遥感卫星影像更新1∶1万比例尺数字地形图的研究[J]. 福建师范大学学报：自然科学版，2007，23(3)：10-13

[4]刘永波,张振洲,黄会永. Google Earth在地形图修测中的应用[J].地球，2013 (2):121-123

[5]孙承志，唐新民. 我国第一颗民用立体测绘卫星——资源三号及其应用[J].中国航天,2009，23(9):3-5

[6]张谦, 贾永红, 胡忠文. 多源遥感影像配准中的SIFT特征匹配改进[J]. 武汉大学学报：信息科学版，2013,38(4):455-459

[7]贾永红，祝梦花，刁永洲，等. 资源三号卫星融合数据的核线影像生成[J]. 应用科学学报，2013，32(1):10-15