基于高分衛(wèi)星影像的自然資源專題圖制作

官瑞芬 張娜 李樵民 王文龍 閆軍 楊陽(yáng)

摘 ?要：自然資源信息的數(shù)字化、可視化、可共享是促進(jìn)自然資源進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)合理開(kāi)發(fā)、適度利用的有效手段。采用地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）相結(jié)合的方式，基于國(guó)產(chǎn)高分系列衛(wèi)星影像，統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理、外業(yè)調(diào)查、解譯標(biāo)志庫(kù)建立、內(nèi)業(yè)判讀、圖斑處理以及圖面整飾等步驟和方法，形成基于3S技術(shù)的完備的自然資源專題圖制作流程，提供可視化、可共享的數(shù)字化成果，滿足自然資源合理開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)管理的現(xiàn)代化需求。

關(guān)鍵詞：高分衛(wèi)星影像 ?專題圖 ?GIS ?自然資源

中圖分類號(hào)：P237 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

自然資源為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)也是生態(tài)承載能力的基礎(chǔ)。區(qū)域的開(kāi)發(fā)布局以及對(duì)自然資源的不合理利用是生態(tài)環(huán)境破壞的主要原因，對(duì)自然資源進(jìn)行監(jiān)測(cè)調(diào)查，智能化、自動(dòng)化獲取精準(zhǔn)的自然資源信息，形成可視化、可共享的數(shù)字化成果，做好對(duì)自然資源的保護(hù)管理是當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)的重中之重[1]。自然資源專題圖以圖形語(yǔ)言反映某類或某幾類自然資源的空間分布狀態(tài)，是表達(dá)自然資源專題信息的重要手段，同時(shí)也是為自然資源的合理開(kāi)發(fā)和保護(hù)提供可視化、可共享數(shù)字化成果最直接、有效的途徑。

1 ?數(shù)據(jù)選擇

高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)（高分專項(xiàng)）是我國(guó)遙感技術(shù)發(fā)展的里程碑，該系統(tǒng)現(xiàn)已完成9顆衛(wèi)星的發(fā)射，結(jié)合其他觀測(cè)手段，將具備全天候、全天時(shí)、全球覆蓋的對(duì)地觀測(cè)能力，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、減災(zāi)、資源環(huán)境等重大領(lǐng)域提供服務(wù)和決策支撐。

該文綜合考慮分辨率、時(shí)相、覆蓋范圍等因素，選取2019年國(guó)產(chǎn)GF-1、GF-2、GF-6系列衛(wèi)星影像，利用ArcGIS以及加拿大專業(yè)圖像處理軟件PCL-GXL等平臺(tái)，完成相應(yīng)自然資源專題圖制作。為確保專題信息解譯精度達(dá)到相關(guān)要求，應(yīng)著重考慮影像的分辨率，遙感影像的分辨率通常是指光譜分辨率和空間分辨率。應(yīng)保證所選數(shù)據(jù)云霧覆蓋量小于5%且不能覆蓋重要地物，圖像的噪聲、條帶盡可能少。

2 ?影像預(yù)處理

由于遙感系統(tǒng)時(shí)間、空間、波譜以及輻射分辨率的限制，很難精確地記錄地表復(fù)雜的信息，因而不可避免地存在不同程度、不同性質(zhì)的幾何形態(tài)畸變和輻射量的失真現(xiàn)象。影像預(yù)處理是保障遙感技術(shù)發(fā)揮的關(guān)鍵步驟，其結(jié)果的好壞對(duì)后期自然資源專題信息的解譯和提取以及專題制圖的精度都存在著直接影響[2]。因而，在圖像解譯和分析之前，有必要進(jìn)行預(yù)處理。

該文結(jié)合制圖要求，經(jīng)正射校正、影像融合、位深調(diào)整、波段組合、勻光勻色、影像鑲嵌、影像裁剪等處理，生成正射影像產(chǎn)品（3級(jí)）。

2.1 正射校正

對(duì)圖像空間和幾何畸變進(jìn)行校正從而生成多中心投影平面正射圖像的處理過(guò)程被稱為正射校正[3]。正射校正不僅可以對(duì)因常規(guī)系統(tǒng)原因產(chǎn)生的幾何變形進(jìn)行糾正，還可以對(duì)地形起伏造成的畸變進(jìn)行消除。

該文利用GXL軟件，采用頻域相位相關(guān)匹配法自動(dòng)從參考影像中采集控制點(diǎn);控制點(diǎn)采集完成后，可以看到整個(gè)區(qū)域或單景內(nèi)控制點(diǎn)的分布情況和誤差大小，便于針對(duì)控制薄弱區(qū)域適當(dāng)加密控制點(diǎn);為了使相互重疊的影像能夠完全套合，需要進(jìn)一步進(jìn)行同名點(diǎn)采集與優(yōu)化;正射校正使用嚴(yán)格模型技術(shù)完成，自動(dòng)批量生成全色和多光譜正射影像，其匹配精度在一個(gè)像素內(nèi)。

2.2 影像融合

影像融合通過(guò)對(duì)影像數(shù)據(jù)的疊加互補(bǔ)使得圖像既有高的空間分辨率和紋理特性，又有豐富的光譜信息，且能有效消除數(shù)據(jù)源冗余[4];其實(shí)質(zhì)是采用一定的算法將多幅遙感影像在統(tǒng)一地理坐標(biāo)系中智能化合成，從而生成一副新的、更能有效傳遞目標(biāo)信息的影像[5]。