遥感影像在地图修测中的应用

摘 要：大比例尺地形图在经济建设和发展中占有相当重要的地位，但是大比例尺地形图的更新却比较缓慢，以至于无法满足社会生产的需要。为了研究与探讨大比例尺地形图更新的方法与技术，利用IKONOS卫星影像进行了某矿区约400 平方公里1：5000 比例尺地形图更新的生产试验。对更新的流程、方法以及其间遇到的问题进行了探讨，提出了实用性的结论和建议，为类似工作提供了借鉴。

关键词：遥感影像 1：5000 地形图 地形图修测 调绘

中图分类号：G255.4 文献标识码：A 文章编号：

0引言

地形图是国家各个部门、各项工程建设中必需的基础资料，通过地形图可以获取多种、大量的信息。随着改革的进一步深入，国家加大了基础设施建设的力度，用于城市规划、工程设计、施工放样等的地形图需求量增多，且现势性要求高。为了满足城乡发展建设的需要,提高地形图现势性，地形图更新问题就显得尤为重要；然而地形图的更新情况不很乐观。

1 遥感的概念与分类

1.1 遥感的概念

遥感简单的说，它的含义就是遥远的感知，即通过非直接接触目标的方式，而能获取被探测目标的信息，并能通过识别与分类，了解该目标的质量、数量、空间分布及其动态变化的有关特征。

1.2 遥感的分类

按遥感仪器搭载的工作平台不同分为：航天遥感、航空遥感和近地面遥感；

按传感器的工作波段不同分为：可见光与近红外遥感、热红外遥感、微波遥感；

按具体应用目的不同分为：环境遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感、城市遥感等。

2 遥感的特点及应用

2.1 遥感特点

（1）宏观性和综合性

（2）多波段性

（3）多时相性

2.2 遥感应用系统组成

（1）信息源 信息源是遥感需要对其进行探测的目标物。任何目标物都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性，当目标物与电磁波发生相互作用时会形成目标物的电磁波特性，这就为遥感探测提供了获取信息的依据。

（2）信息获取 信息获取是指运用遥感技术装备接受、记录目标物电磁波特性的探测过程。信息获取所采用的遥感技术装备主要包括遥感平台和传感器。其中遥感平台是用来搭载传感器的运载工具，常用的有气球、飞机和人造卫星等; 传感器是用来探测目标物电磁波特性的仪器设备，常用的有照相机、扫描仪和成像雷达等。

（3）信息处理 信息处理是指运用光学仪器和计算机设备对所获取的遥感信息进行校正、分析和解译处理的技术过程。信息处理的作用是通过对遥感信息的校正、分析和解译处理，掌握或清除遥感原始信息的误差，梳理、归纳出被探测目标物的影像特征，然后依据特征从遥感信息中识别并提取所需的有用信息。

（4）信息应用 信息应用是指专业人员按不同的目的将遥感信息应用于各业务领域的使用过程。信息应用的基本方法是将遥感信息作为地理信息系统的数据源，供人们对其进行查询、统计和分析利用。遥感的应用领域十分广泛，最主要的应用有: 军事、地质矿产勘探、自然资源调查、地图测绘、环境监测以及城市建设和管理等。

3 基于遥感影像的地图修测简介

3.1 应用概述

自1972年美国发射第一颗陆地资源卫星，经过近30年的发展，卫星遥感技术已进入了能够获取动态、快速、准确、多手段对地观测数据的新阶段。传感器从过去单一的发展到现在的多种类型，能够获得不同空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率的遥感影像，具有现势性强的特点，能满足于城市地图更新的动态数据源。进入21世纪，卫星遥感影像种类增多，影像分辨率提高，1M分辨率的卫星影像已实现商业化。因此应用卫星遥感影像更新城市地图具有广阔的发展空间。

3.2 基于遥感影像地图修测的主要技术方案

从地图比例尺及地图更新成本考虑，用于地图更新的卫星影像主要有：TM影像（分辨率为18.5M）、SPOT影像（分辨率为2.5M、5M或10M），IKONOS影像（分辨率为1M），QUICKBIRD影像（分辨率为0.65M）。根据城市地图比例尺不同，采用下述两种技术方案：

一是基于SPOT，TM影像的更新方案，主要用于较小比例尺的城市地图，其技术流程见图1。

图1 基于SPOT，TM影像的城市地图更新流程

二是基于高分辨率遥感影像的更新方案，主要用于较大比例尺的城市地图，其技术流程见图2。

图2 基于IKONOS影像的城市地图更新流程

以上两种技术方案工作要点基本相同，区别在于对不同卫星遥感影像的处理。所以本文主要对图2技术方案加以阐述，此方案主要针对大比例尺地形图的更新工作。

3.3 技术流程

3.3.1 前期准备

前期准备包括：

(1) 收集相关最新的地形图资料，作业时要认真分析资料的现势性、可靠性及权威性。

(2) 购买该城市范围内最新的IKONOS卫星影像。

(3) 系统软件准备：

3.3.2 地形图纠正

地形图纠正包括：

(1) 地图扫描。

(2) 控制点坐标换算。

(3) 地形图纠正

3.3.3 卫星遥感影像处理

3.3.4 IKONOS影像与地图的叠合

3.3.5 地图更新

4 地图修测设计与实施

地形图是国家各个部门、各项工程建设中必需的基础资料，通过地形图可以获取多种、大量的信息。随着改革的进一步深入，国家加大了基础设施建设的力度，用于城市规划、工程设计、施工放样等的地形图需求量增多，且现势性要求高。为了满足城乡发展建设的需要,提高地形图现势性，地形图更新问题就显得尤为重要；然而地形图的更新情况不很乐观。本文结合某矿区1：5000 地形图更新工程，探讨利用IKONOS卫星影像更新1：5000 比例尺地形图的方法、流程和其间遇到的问题。

4.1 前期准备

4.1.1 资料

(1)工作区面积：包括该矿区生产矿井以及矿井所占地，共约400 平方公里。

(2)原有地形图：1992 年航测的1：5000 地形图以及1：500 的矿区工业图若干。

(3)购买的矿区IKONOS影像参数：成像时间(2005 年10 月)，分辨率(1 米)，影像倾角(12°)。

4.1.2 软硬件设备

(1)软件：遥感图像处理软件Erdas Imagine ，制图软件AutoCAD2000， 图像处理软件PhotoShop。

(2)硬件：用于处理影像的高性能的PC 服务器、大幅面彩色喷墨打印机。

4.2 数据预处理

4.2.1 IKONOS 卫星影像处理

(1)遥感影像处理的工作流程：影像数据的处理是整个更新工作的关键，因此，确定影像处理的工作流程是十分重要的。影像处理的工作流程如下：

图1 遥感影像处理流程图

(2)纠正精度的控制：遥感影响的纠正过程中，X 残差、Y 残差、以及RMS(Root MeanSquare 即均方根中误差)都控制在1 个像素之内，很好的满足了技术规范的要求；如果纠正的精度超过标准，则回到纠正模式下，调整GCP (控制点)的输入重新进行几何纠正，直至达到需要的精度为止。

4.2.2 纸制地形图的矢量化

扫描纸质地形图时，要确保地形图的完整无损、无折皱；矢量化的过程中要按照地理信息系统的标准做好分层矢量化，以及属性数据的录入。具体流程如下：

图2 地形图矢量化流程图

4.2.3 遥感影像和数字线划图的叠加配准

将分幅后的遥感影像和数字化完毕的数字线划图导入测图软件或地理信息系统软件进行叠加配准。

4.3 地形图的更新

在更新系统中，经影像与矢量图叠加配准后，便可以采用屏幕数字化的方式进行变化地物(主要是居民地、道路、水系、植被等)的更新(增、删、减等)。

4.3.1 建筑物的更新建筑物是大比例尺地形图中的主要地物，因此，对于建筑物的更新是地形图更新工程中一个相当重要的部分。由于工作区范围内的建筑物多为农村的四点平房，并不存在太多的边界线遮掩问题；所以在遥感影像上对建筑物的识别比较简单。但是，由于楼房以及工厂棚房与平房在遥感影像中并没有很明显的区别，所以，对于这些地物的判读必须由外业调绘人员到实地调查完成。

4.3.2 道路的更新

由于铁路以及高速公路的形状规则、特征明显，所以通过遥感影像很容易进行判读。但是对于等级公路、等外公路、大车路等，只能做大概的判断，由外业人员进行调绘处理时再做必要的补充。

4.3.3 水系的更新

按形状划分，水系大致可分为两种类型：线型水系(如河流、沟渠)非线型水系(如湖泊、池塘)。

(1)线型水系的更新：根据水与河岸在影像上呈现的色调不同，可以容易地确定水涯线的位置，然后利用屏幕数字化的方式直接进行更新。

(2)非线型水系的更新：工作区范围内存在大量的池塘，对于池塘的更新也是我们这次更新的一个重要环节。根据了解到的当地情况，集中分布的池塘多为鱼塘，而零星分布的池塘多为普通的池塘。依据这个经验，我们对工作区范围内的池塘进行了分类；经过后续的外业调绘发现，对于池塘的判读准确率是相当高的。

4.3.4 植被的更新

植被主要包括耕地、林地、草地等。由于工作区范围内多为农村，因此，对于耕地类型的更新是植被更新的关键。由于采用的QuickBird 影像成像于2005 年11 月，此时正值该地区的农闲时节，所以不能从影像中判读植被的类型。在实际的操作中我们基于以下两原则对植被类型进行了判读：

(1)由于水田具有比较大的田埂，因此在影像上水田表现为具有明显的边界。

(2)水田土壤的含水量高于旱地土壤的含水量，所以在影像上呈现的色调较深。经过后续的调绘发现，通过以上两点原则较好地区分了耕地的类型。

4.3.5 外业调绘及补测

(1)调绘：更新矢量地形图时，影像上无法判读的地物必须借助外业调绘进行确定。外业调绘主要作用是：对室内解译成果进行验证，对线状地物宽度实地量测，对新增地物的名称注记进行实地调查。调绘过程中主要进行了以下两部分的工作：

①不确定地物的调绘。很多相似的地物仅通过影像图是很难判读的，例如：平房与棚房、围墙具体界限、果园与林地等。对于这部分内容一定要到现场亲自调查以确定其类型，尤其是对于植被类型，要以地类界进行详细的划分。

②注记数据的调绘补充。其调查内容可分为以下几种：楼房的层数、企事业单位的名称、村名、公路名称及等级、河渠名称及走向等。

(2)补测：补测是地形图更新中相当重要的部分，起着数据补充的重要作用。在实际操作过程中我们针对以下两种情况进行了补测：

①用户未提供矢量化地形图的地区。

②地物变更范围比较大的地区。对所有需要补测的地区均采用GPS 和全站仪进行了补测，并把所有结果都记录在线划图上。将外业调绘和补测的修改、新增、和变化地物的信息添加到地形图中，通过编辑处理形成用户需要的最终成果。

5总结

通过以上对基于IKONOS遥感影像的地图修测应用事例的探讨，可以看出遥感影像在地图修测中具有非常广阔的应用前景：

⑴作为更新数据源的IKONOS 影像，其质量的好坏直接影响成果的精度。工程中采用的该矿区IKONOS影像清晰度好，分辨率高，倾角小，为工程的成功开展提供了良好的前提。

⑵使用本方法更新了该矿区约400 平方公里1：5000 地形图，作业时间短；精确度高（遥感影像的空间分辨率达到1m,用RTK 进行GPS 定位测量影像纠正后的点位绝对误差只在0.6m 左右）。满足了用户的需要，为地形图的更新提供了新的经验。

⑶实际操作中发现，仅凭影像图的目视解译判读地物是不可靠的，必须要亲自调查才能确定地物类型及其属性。因此，在地形图的更新中要加大调绘在整个更新工程中所占的比重。

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