湖北省地理國情普查控制點影像制作

余紅舉，張露林，王海濤，陳 慶

（1.湖北省測繪工程院, 湖北 武漢 430071； 2.湖北省航測遙感院,湖北 武漢 430071）

湖北省地理國情普查控制點影像制作

余紅舉1，張露林2，王海濤2，陳 慶1

（1.湖北省測繪工程院, 湖北 武漢 430071； 2.湖北省航測遙感院,湖北 武漢 430071）

基于湖北省地理國情普查現(xiàn)狀，分析地理國情普查控制點影像制作面臨的問題，提出控制點影像制作的技術方案及影像選取的原則和制作方法。

地理國情普查；控制點影像；野外控制點；空三加密點

為全面掌握我國地理國情現(xiàn)狀，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)文明建設的需要，國務院印發(fā)《關于開展第一次全國地理國情普查工作的通知》[1]。普查標準時點為2015-06-30，要求完成普查底圖制作等數(shù)據(jù)建設工作，包括控制點影像的采集與整理[2]。

控制點影像是指用于正射影像生產(chǎn)所采集的野外控制點數(shù)據(jù)以及空三加密所生產(chǎn)的加密成果數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星影像的控制點數(shù)據(jù)、航空影像的控制點數(shù)據(jù)、航空影像的空三加密點數(shù)據(jù)。這些控制點數(shù)據(jù)需從原始遙感影像中截取點位影像，而原始遙感影像種類繁多，既有衛(wèi)星影像和航空影像之分，又有面陣影像和線陣影像之分，是控制點影像制作必須考慮的問題。

控制點影像數(shù)據(jù)包括控制點點位索引影像和控制點信息文件?？刂泣c點位索引影像應在對應的糾正前原始影像（包括衛(wèi)星影像和航空影像）上采集，是一個以控制點點位所在的像素為中心，向上下左右4個方向各外擴511個像素后得到的高寬均為1 023個像素的影像，超出原始影像邊界以背景色填充?？刂泣c點位以十字絲標示，十字絲大小以明顯識別和不壓蓋明顯地物為原則，一般其直線寬度為1個像素，水平和垂直長度為11個像素[3]?？刂泣c信息文件為記錄控制點坐標等信息的描述性文件。

1 數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

湖北省在測繪事業(yè)的建設和地理國情普查的開展中獲取了覆蓋全省的大量控制點?？刂泣c影像數(shù)據(jù)包括野外測量控制點和空三加密成果，湖北省野外測量控制點多以RGB真彩色模式存儲；空三加密成果是基于原始遙感影像進行空三加密得到的，空三加密成果影像的存儲模式直接受到原始遙感影像色彩模式的限制。用于地理國情普查控制點影像制作的原始遙感影像可分為衛(wèi)星影像和航空影像2類。其中，航空影像所用的航攝儀不盡相同，如SWDC、UCXP和ADS80等，這些數(shù)據(jù)采用的色彩模式不同（如全色光譜模式、Bayer彩色、多光譜模式等），成像方式不同（如框幅式攝影成像、線陣推掃式成像等），因而控制數(shù)據(jù)的存儲形式也各不相同。

針對數(shù)據(jù)現(xiàn)狀，列出湖北省控制數(shù)據(jù)的影像來源及其可用的色彩模式，并列出對應的控制點數(shù)據(jù)色彩模式的選取方案如表1所示。

表1 控制點影像采用的色彩模式

2 面臨的問題

2.1 工作量

參照《地理國情普查數(shù)字正射影像生產(chǎn)技術規(guī)定》[4]的要求，以1∶50 000圖幅為單位進行控制點影像的整理。湖北省全省面積約為18．59萬km2，完全覆蓋省內范圍至少需446幅1∶50 000圖幅。在控制點影像整理的過程中，原則上高精度的野外控制點都要采集，如果一幅圖中加密點或匹配采集的像控點個數(shù)超過100 個，則需要按均勻分布的原則選取不超過100 個加密點。在當前測繪技術的基礎上，按照作業(yè)經(jīng)驗，一幅1∶ 50 000圖幅中采集的野外控制點約在10個左右，不妨按照每幅1∶50 000圖幅中采集10個野外控制點和90個空三加密點來計算，則湖北省地理國情普查需采集約4 460個野外控制點和40 140個空三加密點，如表2所示。

表2 湖北省控制點影像數(shù)量

由此可見，控制點影像的制作面臨巨大的數(shù)據(jù)量。為了加快控制點影像的制作進程，控制點影像制作的效率變得至關重要。

2.2 制作效率

控制點影像包括野外控制點和空三加密成果2種類型。兩者的內容和形式各不相同，因而其制作方式也存在差別。

對于野外控制點而言，所需采集的信息包括：像控點點位索引影像一張，以及記錄該點坐標值的信息文件一個。當前湖北省控制點影像制作多采用手動的方式，利用通用的圖像處理軟件（如PhotoShop等）進行控制點點位索引影像的截取和信息文件的制作。按照地理國情普查的要求，所有控制點點位索引影像的尺寸必須為1 023×1 023像素，且需以十字絲標示控制點點位；若控制點位于影像邊緣，超出邊界的部分需以背景色填充。采用通用的圖像處理軟件制作滿足以上要求的控制點索引影像無疑十分繁瑣，耗時長且容易出錯，嚴重影響了制作效率。

空三加密成果是基于航空影像和野外控制點通過空中三角測量得到的。這些加密點往往通過匹配算法自動生成，數(shù)量十分龐大，質量參差不齊，除部分明顯的地物點之外，還存在一些不貼合地表的加密點，如樹冠上的點等。要從數(shù)量龐大、魚龍混雜的加密點中選取質量較高的空三加密成果并整理成地理國情普查所要求的格式，無疑十分困難，且受作業(yè)員工作經(jīng)驗的影響，給控制點影像的制作帶來困難。

此外，要得到滿足尺寸要求的控制點影像，在制作的過程中還面臨原始影像選擇的問題。若控制點位于原始影像的邊緣，以控制點點位為中心，向上下左右4個方向各外擴511個像素后得到的影像超出原始影像的邊界，將降低控制點影像的可辨識度和信息量。鑒于遙感影像的重疊度，可從鄰近影像中尋找該控制點，得到信息量最大的控制點影像，以提高控制點影像的制作質量，這將進一步影響當前作業(yè)模式下控制點影像的制作效率。

3 技術方案

3.1 野外控制點制作方案

對于野外控制點而言，設計專用的影像制作系統(tǒng)獲取野外控制點索引影像，同時自動生成對應的控制點信息文件，提供作業(yè)效率。讀入原始遙感影像和其定位信息，并在界面中顯示該遙感影像，面向用戶提供兩種方式自動獲取野外控制點索引影像和對應的控制點信息文件。

第1種方式是由用戶單擊影像上的某點作為輸入，系統(tǒng)自動截取以該點所在的像素為中心，向上下左右4個方向各外擴511個像素后得到的高寬均為1 023個像素的影像，并自動在中心點位生成寬度為1個像素，水平和垂直長度為11個像素的十字絲，形成結果影像，自動生成文件名為“1∶50 000圖幅號+CP+三位順序號”樣式、后綴名為“tif”，以RGB彩色模式存儲在用戶指定的路徑。若外擴后超出了影像的邊界，則以背景色自動填充超出部分。同時根據(jù)用戶輸入的點位，結合原始影像的定位信息，計算該點的三維坐標值，以ASCⅡ文本格式存儲為控制點信息文件，文件名與野外控制點索引影像文件名相同，后綴名為“inf”，存放在用戶指定的目錄。

第2種方式是由用戶輸入一個三維坐標值，系統(tǒng)結合原始影像的定位信息，得到該點在原始遙感影像中的位置，并以該點所在的像素為中心，向上下左右4個方向各外擴511個像素后得到的高寬均為1 023個像素的影像，并自動在中心點位生成寬度為1個像素，水平和垂直長度為11個像素的十字絲，形成結果影像，自動生成文件名為“1∶50 000圖幅號+CP+三位順序號”樣式、后綴名為“tif”，以RGB彩色模式存儲在用戶指定的路徑。若外擴后超出了影像的邊界，則以背景色自動填充超出部分。同時以ASCⅡ文本格式記錄用戶輸入的三維坐標值，存儲為控制點信息文件，文件名與野外控制點索引影像文件名相同，后綴名為“inf”，存放在用戶指定的目錄。

3.2 加密成果制作方案

加密成果是從航空影像的空三加密處理得到的眾多空三加密點中選取的。由于空三加密成果往往是通過匹配算法自動生成的，數(shù)量十分龐大，質量參差不齊，除部分明顯的地物點之外，還存在大量不貼合地表的加密點，如樹冠上的加密點等。質量差的加密點利用價值不高，不能用于制作控制點影像。為了制作符合要求的空三加密控制點影像，需滿足點位合理和截圖合理的要求。

點位合理是指空三加密成果的點位應便于識別與觀測，目標顯著，基礎穩(wěn)定，易于長期保存，如道路的交點等。目標影像應清晰易判別，面陣影像加密成果點位應盡量設在航向及旁向6片重疊范圍內，以便選擇最優(yōu)的控制點影像，如果選點困難也可以選在重疊度較低的范圍內。航空影像由于像點坐標誤差的影響使影像邊緣產(chǎn)生的像點位移和影像變形比中心部分更嚴重[5]，為了提高加密成果精度，加密成果點位應距離影像邊緣大于1 cm或1．5 cm。合理的點位能夠保證控制點資料的精度和重復利用率，而點位不合理的空三加密成果將增加識別的難度，如草地中、水域中的點，不僅精度低，且很難重復利用。因此，需要從數(shù)量龐大的空三加密成果中選取點位合理的空三加密成果，排除不符合要求的點，保證控制點影像的質量。

截圖合理是指應盡量避免截取位于影像邊緣的空三加密成果，以保證截圖不超出原始影像，確?？刂泣c影像的可辨識度和信息量；同時降低影像邊緣像點位移和影像變形造成的加密成果精度損失。原始遙感影像按照成像方式可分為線陣影像（如ADS80等）和面陣影像（如SWDC和UCXP等）。線陣影像采用線陣列推掃成像原理，其尺寸是不固定的。線陣影像單條CCD包含的像素數(shù)量往往較大（如ADS80傳感器單條CCD包含12 000像素），以行掃描的模式向前推掃成像，得到的線陣影像尺寸往往能較好地滿足截圖合理的要求。而面陣影像的像幅為固定尺寸，較線陣影像而言尺寸往往偏小，出現(xiàn)不滿足截圖合理這一要求的概率更大。其形狀多為矩形，相鄰影像具有一定的重疊度，不滿足截圖要求的空三加密成果需在鄰近的重疊影像中尋找滿足要求的原始影像，從而獲取合理的加密成果影像。所有的控制點影像制作完成后需檢查其空間參考系、位置精度、屬性精度、完整性和時間精度等指標[6]，以滿足地理國情普查的要求。

[1] 國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室． 地理國情普查內容與指標[S]．

[2] 中華人民共和國國務院． 國務院關于開展第一次全國地理國情普查的通知[N]． 遼寧省人民政府公報, 2013-03-05

[3] 國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室． 數(shù)字正射影像生產(chǎn)技術規(guī)定[S]．

[4] 國家測繪地理信息局． 地理國情普查數(shù)字正射影像生產(chǎn)技術規(guī)定[S]．

[5] 陳福江． 淺談航空攝影測量像控點的選擇[J]． 城市建設理論研究，2012(3):1-3

[6] 國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室． 地理國情普查內業(yè)編輯與整理技術規(guī)定[S] ．

圖6 鄉(xiāng)村常住人口分布圖

網(wǎng)絡調查技術的周期短、組織模式新、成本低、效率高，可以在大型的基礎性、跨領域信息化工程項目中應用，其運營機制和方法可為以后類似項目提供寶貴的經(jīng)驗，同時也為其他同行業(yè)信息普查提供借鑒。

參考文獻

[1] 樊茗玥．網(wǎng)絡調查數(shù)據(jù)質量控制研究[D]．鎮(zhèn)江:江蘇大學，2011

[2] 張軼楠,陳銳．網(wǎng)絡民意調查的方法探討[J]．現(xiàn)代傳播，2012(1):155-156

[3] Trevisan M,Padovani L,Capri E．Nonpoint-Source Agheultural Hazard Index: a Casestudy of the Province of Cremona [J]．Environmental Management,2000,26(5):577-584

[4] Matthew A L,Jendrdtte G D,Wu J G,et al．The Urban Funnel Model and the Spatially Heterogeneous Ecological Footprint[J]．Ecosystems,2001,4(8):782-796

[5] 錢曉雯．基于Web的網(wǎng)上問卷系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]．北京:北京郵電大學,2011

[6] 方佳明,邵培基．一種評估網(wǎng)絡調查適用度的方法[J]．清華大學學報:自然科學版,2006(增刊):1 160-1 164

[7] 浦國華,高玲芬．網(wǎng)絡調查方法的質量評價及減少調查誤差的措施研究[J]．浙江統(tǒng)計,2004(8):30-32

第一作者簡介：劉建，碩士，主要從事地理調查與地理信息系統(tǒng)應用研究。

P231.5

B

1672-4623（2015）02-0015-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.006

余紅舉，高級工程師，從事測繪管理工作。

2014-10-22。