利用高分辨率卫星影像判绘地物的方法*

闻兵工(61287部队，四川成都　610036)



利用高分辨率卫星影像判绘地物的方法*

闻兵工
(61287部队，四川成都610036)

摘要:介绍了利用高分辨率卫星影像判绘地物的方法，重点介绍了利用高分辨率卫星影像判绘地物的优势。最后得出了历史文化在境外影像判绘中具有重要作用的结论。

关键词:高分辨率卫星影像;地物判绘;航空影像

0　引言

利用航空影像和高分辨率卫星影像对地物进行判绘是获取1∶10 000、1∶50 000地形图的主要方法，它们具有需要控制点少、作业速度快、生产效率高、作业范围大、成本低、成图质量好、地貌表示逼真、工作自动化程度高、外业劳动强度低、成果现势性好，及时准确性强等优点，两种方法相比而言，利用高分辨率卫星影像对地物进行判绘，具有需要的控制点更少，更加及时准确，获取影像不受国境限制等优点[1]。随着中国天绘系统的建立和完善，高分辨率卫星影像的分辨率将会越来越高，获取的高分辨率卫星影像不仅现实性好，而且价格也会降低，所以未来生产1∶10 000，1∶50 000的地形图主要利用高分辨率卫星影像。

1　高分辨率卫星的特征参数

以前国内购买高分辨率卫星影像，主要选择的卫星有IKONOSII，QuickBird，SPOT－5，GeoEye－1和WorldView－1，这些高分辨率卫星的主要参数，如表1所示[2]。

在生产中，1∶5万的地形图多数采用法国视宝公司的SPOT系列的卫星影像，如果制作更大比例尺的地形图，就要选择QuickBird影像或GeoEye－1影像。利用卫星影像制作地形图，评价卫星影像是否满足要求，最简单的评价公式就是:卫星空间分辨率≤成图比例尺的分母* 0.000 1(地图分辨率最小为0.1 mm)[3]。例如:GeoEye－1全色影像空间分辨率是0.41 m，成图比例尺分母大于等于4 100的地形图都可以用GeoEye－1的卫星影像生产，而有些大比例尺地形图仍然需要航空摄影，大比例尺地形图的成图比例尺与航摄比例尺的关系，见表2。随着中国天绘系统的生产应用，现在中国已经能自主生产高分辨率卫星影像，高分辨卫星影像在地形图生产中的应用将来会越来越广泛。

表1　高分辨率卫星传感器的主要参数Tab.1　Main parameters of high-resolution satellite sensors

表2　成图比例尺与航摄比例尺的关系Tab.2 Relationship between mapping scale and aerial scale

1　高分辨率卫星影像的判绘

由于获取影像的投影方式不同，物体在不同高分辨率卫星影像上的变形也不同，同种投影方式下，影像上地物的变形是有规律的。为了减小投影的影响，提高判绘精度，利用高分辨率卫星影像判绘地物时，可以利用高分辨率卫星影像的正摄影像和立体影像进行判绘。由于利用立体影像对地物进行判绘需要的仪器设备价格高，生产中大都是利用正射影像对地物进行判绘[4，5]。现在高分辨卫星获取地物影像都是多波段同时获取地物影像，不仅可以获得全景影像，也可以获得其他波段的影像，为了更好的判绘，可以利用多个波段影像融合，生成假彩色高分辨率卫星影像，突出需要判绘的地物，提高判绘精度。

高分辨率卫星影像的判绘和航空影像的判绘有很多相似之处，航空影像判绘的经验在判绘高分辨率卫星影像时候基本上都能用。高分辨率卫星影像的判绘和航空影像的判绘都分野外判绘和室内判绘。野外判绘需确定站立点，进行实地判绘方向和确定行走路线，室内判绘需要分析地物的物理特性及成像规律。影像判绘前应了解影像获取时的季节、时间和像片比例尺。然后依据地面物体的成像规律和判绘特征，结合作业经验，对卫星影像进行仔细辨别。一般将野外判绘和室内判绘结合起来，影像清晰的在室内判绘，野外对照核实。影像模糊不清室内无法辨认的，则在现场作对照判绘核实。目的是判绘出各种地物、地貌元素的属性及其在像片上的准确位置。

与航空影像相比高分辨率卫星影像的特点是一景影像的范围广，数据量大，但是影像中地物的形状、大小、色调、阴影等几何特征和物理特征与航空影像相似(假彩色影像除外)。高分辨率卫星影像判绘的直接依据是形状、大小、色调、阴影等几何特征和物理特征，尤其是色调与地物颜色的关系，不同的物体颜色在高分辨率卫星影像上呈现的色调是不一致的。一般来说，白、黄、浅棕色物体，影像的色调为白色或浅灰色;坚硬的物体反光强，如道路，房顶，影像的色调也为白色;红色、干黄粘土，影像的色调为灰色;绿、蓝、黑色的物体，影像的色调为深灰色或黑色。同样颜色的物体由于含水量不一样也会有不同的色调，含水量小，色调浅，含水量大，色调深[1]。此外，每一事物的存在和发展总是与其周围其他事物互相联系和互相影响，而不是孤立存在的。因此，物体之间相互的关系位置和相互联系的规律，也可以作为高分辨率卫星影像判绘的重要依据。地面物体之间是相互联系的，其影像之间也就存在着一定的相关关系。判绘时要善于分析对照，逻辑推理，根据已判绘的自然现象而推断另一种现象的存在，从而得到正确的结论。例如，当铁路或公路与河流相交时，可以判绘出桥梁的位置和性质;通向河边的道路又从对岸延伸，说明该处有徙步场或渡口;若一条路到山脚突然终止，可以帮助判绘出山洞或隧道出口的位置;谷底灌木丛生，是有小溪的间接标志;沿河边带状的黑色影像，可能是防洪堤，如果河边草场比其他地方茂盛，下面可能是沼泽。因此，在判绘影像时，必须综合运用以上特征，互相补充验证，不能凭一种判绘标志就确定地物目标的性质，而是多种判绘标志同时综合考虑，这样判绘的准确性就会大大提高。

2　利用高分辨率卫星影像判绘地物的优势

高分辨率卫星影像判绘地物具有良好的继承性，传统的航空影像判绘经验和方法都能继承。航空摄影测量从20世纪30年代模拟测量、70年代解析摄影测量、80年代末数字摄影测量，己经发展到当今的全数字化摄影测量阶段，相关的作业经验和生产的工艺流程都已经完善，利用高分辨率卫星影像判绘地物，航空摄影测量的作业经验和工艺流程都能使用，除此之外高光谱影像还有自己的特点，具体如下:

1)利用高分辨率卫星影像判绘地物时需要外业的控制点少，劳动强度低，生产效率高。利用航空影像判绘时，控制点的布设有严格的规定，根据测图比例尺的不同，控制点的间距要求也不一样(比例尺大于等于1∶2 000的地形图所有控制点都需实测，不能加密)。总的来说，比例尺越大，间距越小，布设控制点的时，测区四周都要布设控制点，航带之间要布设控制点或高程点(作业单位为了提高作图精度，一般高程点也是按控制点的作业要求来做)。控制点的选择也有严格要求，一般在航向重叠和旁向重叠中线相交点附近，距离航向重叠和旁向重叠中线垂直距离不超过1 cm，最大不能超过1.5 cm，距离像片边沿要1 ～1.5 cm以上。由于航空影像范围小，在规定范围内选择交通便利的明显地物比较困难，点位一般位于都是交通不便的地方，位置也偏僻，很多时候交通工具很难直接到达，为了防止有些外业控制点数据不能用的情况出现，实际布点时，外业控制点要比理论需要的控制点多出将近1/4，所以航空影像控制点的布设外业劳动强度非常大。高分辨率卫星影像一景影像相比航空影像是非常大的，有些一景影像可达60 km2，而一景影像一般需要5组控制点(一组3个点，点与点之间的间距根据比例尺的不同要求不一样)，分别位于该景影像的四角和中心附近，中心一组控制点是检查点。由于高分辨率卫星影像非常大，在选择控制点时可以选在交通便利的地方，一组控制点之间的间距不小于规定的最小间距就符合要求，这样不仅需要的控制点数量少，而且外业的劳动强度明显减少，工作效率明显提高。

2)高分辨率卫星影像相比航空影像受地物起伏的影响小。无论航空影像还是高分辨率卫星影像都存在投影差，为了减少投影差对判绘的影响，一般外业判绘地物时最好使用正摄影像。作业单位接到任务后，一般是先了解测区情况，分析影像资料，布设控制点，然后测量外业控制点，得到控制点成果以后对影像进行正摄纠正，变成正射影像，然后才对影像进行判绘，但是为了节约成本，大部分生产单位都是控制点布设和野外调绘同时进行。高分辨率卫星影像因为传感器距离地面比较高，地形起伏引起的影像投影差一般比航空影像小，有利于直接判绘。

3)高分辨率卫星影像影像清晰度高，可以进行境外测绘。高分辨率影像影像清晰度非常高，可以在室内判绘地物位置信息，有些航空影像不能判绘的地物位置也可以准确判绘。地物属性判绘一般是根据作业员野外经验，判绘后进行野外核实确认。如图1是电线杆的原始影像及其判绘成果，图2是铁丝网的原始影像及其判绘成果，图3是居民地围墙的原始影像和判绘成果(按照1∶10 000的判绘要求)。

图1　电线杆影像及其判绘成果Fig.1　The image of telegraph pole and its result of interpretation and compilation

图2　铁丝网影像及其判绘成果Fig.2　The image of wire-fence and its result of interpretation and compilation

图3　居民区围墙影像及其判绘成果Fig.3　The image of residential fence and its result of interpretation and compilation

高分辨率卫星影像相比航空影像最大的优势是不受地域限制，而且高分辨率卫星一般不仅携带全景传感器，还有其他不同波段的传感器，可以对地全天候，全天时的连续摄影，多个波段的影像可以合成真彩色或假彩色影像，突出某些地物，更有利于地物属性的判绘。近年来高光谱影像的发展，利用高光谱影像，不仅可以对地物进行定性分析，还可以利用地物的特征光谱进行定量分析，另外，不仅能判绘出地物的位置，还能判断出地物的属性。

3　历史文化在境外判绘中的重要作用

随着中国天绘系统的不断发展和完善，利用高分辨率卫星影像获取境外地物信息的条件已经成熟，在境外判绘中了解作业区域的历史文化对提高判绘精度起到非常大的作用。利用航空影像进行测绘时，作业单位接到任务，第一件事情就是分析测区概况，利用高分辨率卫星影像进行境外测绘的时候，第一件事就是了解该国的历史文化，收集能收集到该测区的所有资料，分析资料，如尼泊尔信仰佛教，人去世后一般较少进行土葬，那么当地面有隆起感的圆点时，就不应该判断为坟地;还有中国和印度争议地区，该地区居民地大都是散列排列，在判绘时候尽量准确判断出独立房的位置，少综合。每个国家的历史文化不同，在判绘时候要充分考虑判绘国家的历史文化，总结判绘经验，利用收集到的资料和Google等网络工具，提高判绘精度。

4　结束语

随着信息处理技术的发展，遥感、计算机、人工智能技术将与测绘传统产业相结合，影像判绘将走向智能化、自动化。利用高分辨率卫星影像判绘地物既可以利用传统的判绘经验，迅速、科学、准确的提取地物信息，还可以利用多波段融合技术突出某类地物，也可以利用高光谱技术进行定量分析。随着中国天绘系统的完善，利用高分辨率卫星影像进行判绘地物的应用会越来越多，因此判绘地物时一定要掌握好高分辨率卫星影像的判绘方法，才能制作出高质量的地图。

[参考文献]

[1]汤少云，王天生，徐冰.调绘过程中与像片判读有关的特征规律问题探讨与实践[J].城市建设理论研究，2013(17):32－35.

[2]王双亭，朱宝山.遥感图像判绘[M].北京:解放军出版社，2002.

[3]潘时祥.像片判绘[M].北京:解放军出版社，1990.

[4]宫鹏，黎夏，徐冰.高分辨率影像解译理论与应用方法中的一些研究问题[J].遥感学报，2006，10(1):1－5.

[5]孔庆楠.基于SPOT5遥感影像群的判读和成图方法探讨[J].测绘通报，2008(6):26－27，40.

Method of Interpretation and Compilation of Surface Features Using High-Resolution Satellite Image

WEN Bing-gong
(61287 Troops，Chengdu Sichuan 610036，China)

Abstract:This article describes the method of interpretation and compilation of surface features by using high-resolution satellite image，and focuses on the advantages of interpretation and compilation of surface features using high-resolution satellite image.At last，it has been concluded that the history and culture played an important role in interpretation and compilation in foreign area.

Key words:high-resolution satellite image; interpretation and compilation of surface features; aerial image

作者简介:闻兵工(1979～)，男，贵州平坝人，硕士，工程师，主要研究方向:航空摄影测量。

*收稿日期:2015－01－08

文章编号:1007－9394(2015)02－0009－03

文献标识码:A

中图分类号:P 237; P 231.1