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1、高分辨率卫星影像GPS像控点数据库建设研究 来源：国土资源信息化 作者：潘振祥 发布时间：2009.03.13 摘要：本通过对SPOT2.5m高分辨率卫星影像数据校正采用的各类控制资料的分析，阐述了GPS像控点数据库建设的必要性，通过对像控点的选取、外业施测、精度评价及GPS像控点数据库建设等论述，提出了选用GPS控制点作为SPOT2.5m高分辨率卫星影像数据校正控制资料，可保证影像校正精度、节省时间和减少投资。 关键词：卫星遥感控制点影像校正数据库 0引言 随着信息技术的快速发展，卫星遥感技术得到了突破性进展，特别是2002年5月4日法国SPOT5号地球遥感卫星进人预定轨道，极大地促进了各应
2、用行业的科技进步和管理水平。高分辨率卫星遥感在国土资源调查评价、土地利用动态监测、土地更新调查以及大中比例尺地形图测绘等方面已取得显著成绩。 针对SPOT2.5m高分辨率卫星影像数据，其几何校正主要采用二维多项式和三维数字微分纠正两种模型，采用的校正控制资料主要有1:1万或更大比例尺数字栅格地形图（DRG）、土地利用数字栅格图(LUDRC）等。笔者通过相关研究，认为高分辨率卫星影像数据的校正控制资料选用像控点更合适。针对这一思路，项目组进行了一系列探讨和研究，并基于MapGIS平台建立了河南省部分地区GPS像控点数据库，为今后相关上作的开展奠定了基础。 1研究现状 目前，各种分辨率卫星影像校正
3、基本上都是参照满足相关精度要求的地形图、数字栅格地形图或土地利用数字栅格图等，针对SPOT2.5m数字正射影像图的制作，国土资源部地籍司专门制定了SP0T2.5m数字正射影像图制作技术规定，明确规定SPOT2.5m数字正射影像图要“以1:1万（或更大比例尺）数字栅格地形图、土地利用数字栅格图或高精度外业控制点为控制资料”，笔者通过近年相关工作，认为目前采用的校正控制资料，尤其在河南省存在以下问题。 1.1河南全省现有1:1万地形图尚未全覆盖，地形图精度存在差异，现势性差 覆盖河南省的1:1万地形图共计6562幅，而目前成图仅5600余幅，尚有约15未成图。已有地形图大部分是20世纪60-80年
4、代分别由测绘部门、地矿部门和煤田地质部门施测，成图精度存在差异，且纸图变形较大。据抽查，个别地形图公里格网连线与图上公里网点的实际偏差达1-3 mm，极个别超过3mm，如果拿这些地形图作为控制资料对SPOT2.5m高分辨率卫星影像进行校正，其校正精度难以满足规范要求；其次，已有地形图距今已三、四十年，地表要素早已面目全非，寻找同名地物点较困难，即使是更新过的地形图，也仅仅对主要地物如主要道路、建制镇以上级别的居民地等进行更新，其它大部分地物、等高线等均沿用原图。 1.2土地利用现状图（数据库）难以满足精度要求 河南省上地利用现状调查于上世纪80年代末起步，90年代中期结束，调查方法基本上都是利
5、用1:1万影像平面图或l:35000彩红外航片放大片及1:1万地形图进行外业调绘，然后进行室内转绘及面积量算、平差等，所有过程均人工操作，受各种因素干扰，成图质量差别较大，如果用土地利用现状图（数据库）作为控制资料校正SPOT2.5m高分辨率卫星影像数据，其校正精度也难于满足规范要求。 2像空点选取 本次试验研究涉及河南省平顶山、许昌、漯河三市的八景SPOT5卫星影像和覆盖试验区的1:5万比例尺的DEM，共选取影像校正控制点152个。 像控点选取原则是点位分布相对均匀、特征明显、交通便利、数量足够、尽可能在全色光谱上选取，尽量避开高压线、大面积水域等。 为提高外业测量效率及精度，选取像控点后，
6、将选取的像控点制作成便于携带和保存的“像控点外业测量成果表”，分别记录像控点编号、点位及放大的示意图、WGS84、1954北京、1980年西安三套坐标和点位说明等，作为建立CPS像控点图形图像数据库的基础数据。 3像控点外业施测 像控点外业测量采用附合路线法，各像控点平均间距约13千米，顺序号前加“P”的点位表示本次测量的像控点，前面加“C”的为C级GPS控制点，像控点与C级GPS控制点共同组成GPS控制网（图1）。本次GPS控制测量利用河南省大地控制数据C级GPS控制网点成果的三套数据（分别为WGS84、1954北京和1980年西安坐标）作为起算数据，依据全球定位系统（GPS）测量规范，采用
7、静态方式同步进行观测，三台套GPS接收机为一组，观测时段长度为45分钟，卫星高度角15O，有效观测卫星总数4个，作业员现场填写外业测量记录表，并采用数码摄影和点之记的方式详细描述像控点点位情况测量数据采用南方测绘软件进行基线解算及平差处理并进行高程拟合，分别解算出校正控制点基于三套坐标系统的三套数据和拟合高程，本次152个像控点的平面位置五翁马点点位中误差为6.8cm，高程拟合内符合精度0.321m，成果精度符合规范要求。 4影像数据处理和DOM制作 影像数据处理主要包括影像的配准、融合、正射纠正、镶嵌和1:1万正射影像图（DOM）的制作等。由于本次采用SPOT52.5m卫星影像是单景多光谱数
8、据与全色数据同步接收的，其图形的几何相关性较好，多光谱数据与全色配准难度小、精度高，因此采用相对配准的方法。在影像数据融合时，考虑到获取完整项日区的数据接收时段不同，空中云雾干扰以及地面光线不均匀等因素，造成景与景之间存在差别，在数据融合前对数据进行了线性拉伸、纹理增强等预处理，使整景图像纹理清晰，细节突出，大大提高目视解译精度。图像融合处理主要采用了最基本的乘积组合算法直接对两种空间分辨率的遥感数据进行合成，融合后图像则采用直方图调整、USM锐化、彩色平衡、色度饱和度调整和反差增强手段，以使整景图像色彩真实均匀、明暗程度适中、清晰，增强专题信息，特别是加强纹理信息。 遥感影像正射纠正采用专业
9、遥感影像处理软件ERDAS中的LPS正射模块进行的。本次纠正采用SPOT5物理模型，控制点均匀分布于整景影像，每景25个控制点，对相邻影像重叠区有2个以上公共控制点。正射纠正以实测GPS控制点和1:5万DEM为纠正基础，以景为单位，对SPOT5融合数据进行纠正，采样间隔为2.5m。 影像镶嵌采用的是ERDAS中的LPS正射模块批量处理模块，相邻两幅影像，均采集了两个以上的公共控制点，保证了影像镶嵌精度。 DOM制作采用ImageInfo工具，按照国家1:1万分幅标准进行裁切，覆盖完整的县级行政辖区，图幅整饰依据高分辨率影像数据处理及数据库建设技术要求，采用MapGIS软件，按照高斯-克吕格投影
10、、1954北京坐标系、1985年国家高程基准的方式生成1:1万标准分幅图幅整饰。 5DOM精度评定 DOM精度评定采用外业实测检查点作为评定参考，评定方法为检查点选取法：通过选取DOM影像与外业实地测量的检查点的同名特征地物点，计算其校差和中误差。 5.1检查点的选取和外业测量 检查点选取：随机抽取一景影像作为评定单元，选取不同于校正控制点的30个相对均匀分布的检查点，点位的选取原则与像控点相同，选点时尽量避开高压线、大面积水域等影响因素区域。 检查点测量：检查点的外业实地测量与像控点的测量方法一致，即采用附合路线法形成一个整体的GPS控制网，采用静态方式同步同精度进行测量。 5.2校正精度计
11、算 精度评定公式如下：按照SPOT2.5m数字正射影像图制作技术规定1:1万DOM的制作精度指标：平原、丘陵区点位中误差不大于5m；山区不大于7.5m；高山区不大于10m。本次精度评定所选地区主要为平原区，局部为丘陵区，经测算，所取点位中误差为2.62m,完全满足1:1万DOM制作精度要求。 6GPS像控点数据库的建立 为实现精确地理编码中的几何控制及成果检查的高效率与高精度，建立GPS像控点数据库，以满足影像纠正与配准的要求。 GPS像控点数据库建立，以河南省1:50万地理底图作为工作底图，输入控制点空间坐标文件，并采集属性与图形文件，建立数学基准的统一像控点文件（图2)。 采集的像控点图像
12、信息，除包括一般像控点所具有的地理坐标信息之外，还包含与待纠正影像相关的特征地物的纹理信息、分辨率信息、比例尺信息等。 采集控制点属性信息。采集控制点属性记录每个控制点的分辨率、比例尺、范围、椭球体信息、投影信息、坐标系信息（54坐标、80坐标、WGS84坐标）、数据库的生产单位、生产日期等。 7结语 土地更新调查、土地利用遥感动态监测及土地违法案件执法检查等不仅要考虑遥感影像的校正精度，同时要考虑其现势性、影像处理时间和投人成本等像控点数据库的建立，不仅满足SPOT5 2.5m卫星影像的校正精度要求，同时为今后同地区、同类工作的开展奠定了基础，极大地降低了投入成本，节省了影像处理时间，起到了“一劳永逸”的作用。 参考文献 1党安荣等ERDASIMAGING遥感图像处理方法M北京：清华大学出版社，2003. 2尤淑撑，刘顺喜GPS在土地变更调查中的应用研究J测绘通报，2002,5:l-3 3张继贤等图形图像控制点库及应用，测绘通报2000,1. 4王之卓摄影测量原理M武汉：武汉测绘科技大学出版社，1990.
高分辨率卫星影像GPS控制点数据库建设研究
