基于高分卫星影像的自然资源专题图制作

官瑞芬 张娜 李樵民 王文龙 闫军 杨阳

摘  要：自然资源信息的数字化、可视化、可共享是促进自然资源进一步实现合理开发、适度利用的有效手段。采用地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）相结合的方式，基于国产高分系列卫星影像，统一数据处理、外业调查、解译标志库建立、内业判读、图斑处理以及图面整饰等步骤和方法，形成基于3S技术的完备的自然资源专题图制作流程，提供可视化、可共享的数字化成果，满足自然资源合理开发利用和保护管理的现代化需求。

关键词：高分卫星影像  专题图  GIS  自然资源

中图分类号：P237          文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）08（c）-0084-04

Abstract： Digitalization， visualization and sharing of natural resources information are effective means to promote the rational development and proper utilization of natural resources. By using the combination of geographic information system （GIS）， remote sensing （RS） and global positioning system （GPS）， based on the domestic high-resolution series of satellite images， this paper unifies the steps and methods of data processing， field investigation， establishment of interpretation mark database， internal interpretation， map spot processing and map surface decoration， forms a complete production process of natural resources thematic map based on 3S technology， provides visual and shareable digital results， and meets the modern needs of rational development， utilization， protection and management of natural resources.

Key Words： High resolution satellite image; Thematic map; GIS; Natural resources

自然資源为社会经济发展提供了物质基础，同时也是生态承载能力的基础。区域的开发布局以及对自然资源的不合理利用是生态环境破坏的主要原因，对自然资源进行监测调查，智能化、自动化获取精准的自然资源信息，形成可视化、可共享的数字化成果，做好对自然资源的保护管理是当前生态文明建设的重中之重[1]。自然资源专题图以图形语言反映某类或某几类自然资源的空间分布状态，是表达自然资源专题信息的重要手段，同时也是为自然资源的合理开发和保护提供可视化、可共享数字化成果最直接、有效的途径。

1  数据选择

高分辨率对地观测系统重大专项（高分专项）是我国遥感技术发展的里程碑，该系统现已完成9颗卫星的发射，结合其他观测手段，将具备全天候、全天时、全球覆盖的对地观测能力，为现代农业、减灾、资源环境等重大领域提供服务和决策支撑。

该文综合考虑分辨率、时相、覆盖范围等因素，选取2019年国产GF-1、GF-2、GF-6系列卫星影像，利用ArcGIS以及加拿大专业图像处理软件PCL-GXL等平台，完成相应自然资源专题图制作。为确保专题信息解译精度达到相关要求，应着重考虑影像的分辨率，遥感影像的分辨率通常是指光谱分辨率和空间分辨率。应保证所选数据云雾覆盖量小于5%且不能覆盖重要地物，图像的噪声、条带尽可能少。

2  影像预处理

由于遥感系统时间、空间、波谱以及辐射分辨率的限制，很难精确地记录地表复杂的信息，因而不可避免地存在不同程度、不同性质的几何形态畸变和辐射量的失真现象。影像预处理是保障遥感技术发挥的关键步骤，其结果的好坏对后期自然资源专题信息的解译和提取以及专题制图的精度都存在着直接影响[2]。因而，在图像解译和分析之前，有必要进行预处理。

该文结合制图要求，经正射校正、影像融合、位深调整、波段组合、匀光匀色、影像镶嵌、影像裁剪等处理，生成正射影像产品（3级）。

2.1 正射校正

对图像空间和几何畸变进行校正从而生成多中心投影平面正射图像的处理过程被称为正射校正[3]。正射校正不仅可以对因常规系统原因产生的几何变形进行纠正，还可以对地形起伏造成的畸变进行消除。

该文利用GXL软件，采用频域相位相关匹配法自动从参考影像中采集控制点;控制点采集完成后，可以看到整个区域或单景内控制点的分布情况和误差大小，便于针对控制薄弱区域适当加密控制点;为了使相互重叠的影像能够完全套合，需要进一步进行同名点采集与优化;正射校正使用严格模型技术完成，自动批量生成全色和多光谱正射影像，其匹配精度在一个像素内。

2.2 影像融合

影像融合通过对影像数据的叠加互补使得图像既有高的空间分辨率和纹理特性，又有丰富的光谱信息，且能有效消除数据源冗余[4];其实质是采用一定的算法将多幅遥感影像在统一地理坐标系中智能化合成，从而生成一副新的、更能有效传递目标信息的影像[5]。