航測遙感內業數據處理的關鍵技術探究

蔡素影

廣東中冶地理信息股份有限公司 廣東 東莞 523078

航測遙感被廣泛應用于方方面面，只有充分保障了數據準確，為了能夠給行業測繪帶來高質量的內容，保證工作的順利開展。航測遙感技術具有較強的專業性，因此需要對相關細節進行嚴格把控，從而保障數據的精準度和可靠性。而有關數據的獲得是最為重要的一個環節，數據是否精準，將對航測遙感數據測量有著重要影響。因此，只有在環節上下功夫，強化對于數據內容的測量，確保工作內容的科學性，這一內容才是航測遙感技術的關鍵，從而滿足行業內容的信息化處理需求。

1 航測遙感概述

1.1 航測遙感技術內涵

航測遙感技術是測繪科學領域的高精尖技術，是全球導航衛星系統、無人機技術、光電成像技術、計算機技術、地球科學技術等前端技術的綜合運用，是龐大的系統工程應用，是測繪科學的重要發展方向。其已經廣泛服務于自然資源、軍事、農業、林業以及人民群眾的生產生活等方方面面。

航測遙感技術通過航空、航天的方式，采用各種傳感器，非接觸式、快速地獲取物體的空間、時間、光譜等信息，為我們更方便、快捷、全面的認識自然提供了一種新的方式。隨著傳感器精度的不斷提升，對地觀測的分辨率不斷提高，航測遙感的數據成果的使用價值正在越來越不可限量。

1.2 航測遙感技術優點

效率高：航測遙感技術以遠程操控衛星、無人機等載體，實現從空中大面積的信息采集，大幅的提高了工作效率和工作效益，減少了人力資源的投入。應用于航測遙感技術中的無人機可以迅速，精確地、及時提供情報，讓人在盡可能短的時間內反應出觀測到的各種現象和數據。由于航測遙感可以利用飛機搭載各種設備進行飛行，從而使得該技術具備了更高的靈活度與適應性。

靈活性強：由于航測遙感采用空中作業，所以對于地形地貌的變化有很強的適應性。對于衛星遙感技術，由于衛星高度都在數百千米之外，地面上的山川根本對其沒有影響；對于航測技術來說，其航高低，續航時間段，因此需要靈活選擇起降場地，以保障影像成果的質量和飛行安全。它可以為我們提供更高分辨率的影像，雖然其不如衛星遙感，無論地形如何變化也能不受影像，但是只要起降地點選擇合理，飛行高度、飛行速度設置合理，是完全可以對人工作業難以到達的山區、災區進行測繪的。隨著科學技術的發展，航空攝影測量技術也將進一步得到了完善和提高，尤其是高分辨率傳感器必將層不不窮的涌現，這將大大提高航測作業的效率和精確度，也將提高航測技術對環境的適應能力。另外，計算機數據處理速度的增加，特別是顯卡處理能力的提升，將對大型測繪工作有著積極的促進作用。

實時性：遙感衛星持續在太空對地進行數據采集，各不同區域都能周期性的獲取到數據，而這個周期的間隔是人工無法實現的。相對于人工測繪來講，這種優勢已然接近實時測繪了。航測無人機也在不斷的自動化，能實現全自動起降、全自動執行任務，這也將與衛星遙感形成優勢互補，大幅提高測繪數據的實時性。

2 數據的基本特征

2.1 數據格式

對于航測遙感內業數據的處理，首先要明確數據格式以及關注的范圍，并對基礎數據中的地理空間類型進行劃分，按地理空間表達方式的不同，數據格式可分為矢量與柵格數據。矢量數據表現為數字線劃圖，并按照不同的信息要素，分別使用點、線和面的方式來表達。矢量數據結構是對數據拓撲關系進行深層分析的基礎和前提，也是數據集技術發展的重要方向之一。矢量數據便于我們了解所表達對象的幾何特征、進行數據的分類、統計與分析，為地理信息系統提供了可靠的空間檢索方式。

柵格數據采用像素陣列來表達空間信息，相對于矢量數據來說，其結構較為簡單，表達方式也更為直觀、易懂，承載的信息相對于矢量數據更為豐富，但往往數據體量相對較為龐大，對數據處理設備性能要求較高[1]。

2.2 數據的基本內容

現有的地理數據處理可以進行不同的特征劃分，針對產品周期不一樣，通常可將數據內容進行3層的劃分：第一層為核心要素，以數據結構為主，它作為可選要素，就是根據不同的需求，分別加以搭配。中間層是對基本信息和相關信息進行綜合處理并生成各種專題圖、專題地圖等多種表現形式。末層為全要素融合，就是要對地形進行統一的圖要素處理，并獲取相關的數據。根據現有的資料來看，所得到的矢量數據包括的內容極多，如地形測量、水系情況、管線設施、地面附屬建筑等。所得到的地形控制要根據測量數據進行內容的劃分，做好平面控制點、天文點位、高程控制點、重力點和其他類型控制的綜合。在進行數據處理時，需要對各個要素進行相應的處理和計算，并將結果以圖形方式輸出。基于柵格數據的內容，包含數字正射影像圖、DEM格網、DSM格網等等，其均采用像素來表達地物要素。隨著低空無人飛行器的應用，影像數據的像素格網的間距由以往的5m、12.5m已經提升到了如今的3cm、5cm的級別。而DEM格網、DSM格網的格網間距也可以輕松實現10cm、50cm的級別。矢量數據包含了各種比例尺地形圖和航片圖。通過這些數據文件進行分析和處理，可以得到各種專題圖以及相應的專題地圖產品。文本數據由有關地理地名，地點，種類，經濟數據等組成，就有關資料給出說明性文字等，能較好的提供準確的信息數據[2]。

3 關鍵技術分析

3.1 建立了數據質量控制關鍵節點

航測遙感內業資料處理過程中存在著一系列的需要注意的問題，這些問題的處理將給資料的質量造成一定程度的影響。

做好像控點的測量工作：布設足夠數量的像控點，并同步布設一定數量的檢測點，將檢測點施測坐標與影像上對應點的平面和高程值進行比較，對成果進行精度評定。對于地物點、高程注記、等高線，也可采用實地檢測坐標與影像點位、高程的較差，并進而求取較差中誤差，來分析判斷結果準確性以及成果是否與設計標準相符。

搞好調繪工作：調繪地物空間數據和屬性數據的完整性、接邊的正確性。為了確保調繪正確，一般采用室內核查和外業實地巡視[3]相結合的方式。

搞好內業數據采集、矢量成果的檢查等，即利用數字正射影像圖與矢量成果的疊加，以掌握矢量成果的數據質量。數字線劃圖質量檢查的側重點包括檢查數字線劃圖空間位置與影像圖的重疊情況，以及矢量圖數據完整性，線劃圖點線面要素與柵格影像圖上地物要素的平面位置符合情況，空間接邊與屬性接邊情況等。另外，對于內業無法判讀的影像盲區，要配合外業實地調查和其他資料的比較，分析所采集的矢量成果中有無冗余，遺漏和其它錯漏。

3.2 數據處理的具體關鍵技術

遙感影像數據處理的關鍵技術較多，這里憑筆者的理解，僅就遙感影像的融合、影像的幾何增強、以及影像糾正幾個方面做簡要論述。

1、影像融合

航天遙感技術讓我們能從更大的時空廣度來進行地理信息的獲取和利用，是測繪科學的新方法，新手段。多種衛星的升空，多種類、不同分辨率、不同波段的傳感器的涌現，一方面使得影像數據量快速增長，一方面使得數據的存儲、管理和利用成為突出問題。如何挖掘來自新老衛星、同時期的不同衛星的數據，不同波段的數據、不同光譜分辨率的數據的價值，甚至是航測的影像與衛星影像是否能結合使用，成為我們必須考慮的問題。要解決這些問題，就需要進行遙感影像的融合。影像融合能從不同來源的數據中，提取到利用任意單一來源的數據無法獲取到的新的信息。

多波段遙感數據融合：多波段影像各波段之間相互關聯，各自反映不同波段的信息，傳感器可獲取到的波段是多種多樣的，而人們的視覺習慣是彩色影像，在電腦屏幕上，采用紅、綠、藍三原色來顯示彩色。在影像數據中，體現為RGB三個波段。為了影像融合達到較好的效果，應根據目的的不同以及數據的特點，選擇合適的波段，最大限度的符合人們的視覺習慣。應采用不同組合方式對比，選擇最優的波段組合來進行融合。

多時相遙感數據數據融合：遙感相對于傳統測繪有一個突出的優點，那就是快速的周期性測繪，實現了測繪成果的準實時性。人類活動使得地理環境不斷發生著變化，城市管理不僅需要現勢的數據，歷史數據與現實數據的比對也同樣重要。為了獲得這種變化，我們就需要采用多時相遙感數據數據融合技術。通過選擇來自不同時間節點的影像中的波段進行組合，通過一定的算法處理，能準確判斷數據范圍內地理環境在時間節點之間的變化情況。

多類型遙感數據融合:不同的衛星其側重點也有所不同，各自有各自的特長，各有各的局限，我們期望獲取的數據可能是任何一顆衛星也不能單獨提供的。為了解決這一問題，就需要多類型遙感數據的融合，如多光譜影像與雷達影像融合。

多光譜影像擁有較高的光譜分辨率，能識別不同光譜特征的地物，比如有病蟲害的作物與健康的作物。雷達系統采用主動探測的模式，可以穿透云層甚至植被，可以獲取地面的幾何空間信息、物理特征信息。二者的融合，將能實現優勢互補，獲得更豐富的信息，提升數據的利用價值。

遙感影像與矢量數據的融合:目前，衛星遙感影像還僅局限于二維表達，沒有高程信息。而矢量數據提供了對地理空間的幾何描述，具有更多的定量信息，如面積、高程、長度等等。將矢量數據與遙感影像采用一定的方法進行融合，將能獲得更豐富的信息，便于定量分析，屬性信息也能實現一定的互補，有利于數據價值的挖掘與分析利用。

光譜增強型影像融合:在信噪比一定的前提下，影像的光譜分辨率越高，空間分辨率越低。因此，空間分辨率高的影像，光譜分辨率又較低。為了獲取空間分辨率和光譜分辨率都滿足要求的影像，就需要將空間分辨率滿足要求的影像與光譜分辨率滿足要求的影像相互融合，來滿足數據應用需求。

2、影像的幾何增強

雖然衛星遙感影像持續的都在生產，但是對于一般單位而言，獲取新的影像是要付出一定成本的，而且新的影像即使能及時獲取到也未必能達到分辨率的要求。此時，為了獲取更高分辨率的影像，我們可以運用影像幾何增強技術。影像分辨率的本質是單位面積內，影像有效光學像元的數量。影像幾何增強就是利用這一原理，采用現有的同一區域的不同來源的低分辨率影像，來重建出該區域較高分辨率的影像。傳感器中感光元件的密度是有極限的，而且超過一定密度后，影像質量會降低，因此，以一系列現有影像來重建高分辨率影像的幾何增強技術是有其存在的價值的[4]。

3、影像糾正

幾何精糾正：幾何糾正是指將同一區域的一幅影像的地物要素與另一幅影像的相同地物要素通過幾何變換進行匹配的過程。通常有一幅標準圖，可以是矢量圖也可以是柵格影像，糾正時，只改變其他影像的空間位置，不改變標準圖。其中矢量數據可以是現有的矢量地圖，也可以是實測的控制點。在沒有標準圖的情況下，實測一些明顯地物作為影像糾正控制點是非常實用的。選擇糾正控制點，一定要保證選擇的地物在實地沒有發生位移，在影像上有較明顯的邊界，且色彩與背景有一定的反差。

正射影像糾正：無論是衛星影像還是無人機航拍影像，由于拍攝角度以及地物本身高度較高等的原因，都可能出現地物在影像上并不是垂直的。正射影像理論上是只能看到地物的頂面，而看不到側面，但未經正射糾正的影像，高聳建筑物是能看到側面的，這就需要進行正射影像糾正，使影像真正變成正射影像。對于衛星影像，可以借助數字高程模型或數字表面模型來進行正射糾正。對于航測影像，應采用適當的生產方式，比如先生成三維模型，再利用三維模型來生產正射影像的方式，即可自動完成正射糾正。

3.3 進行異常數據提取技術研究

數據處理除以上內容外，還包括異常信息抽取。通過對遙感技術應用于地質勘查中各種典型實例的分析可以看出：運用遙感技術來圈定地表或地下礦化體的空間分布范圍及規模大小是一種十分有效而又經濟的方法；同時還可提供成礦預測的依據。遙感蝕變信息提取方法很多，但對于同一地區不同類型的蝕變巖石而言，其在遙感圖像上呈現出來的形態和顏色各不相同。以定位礦物所在部位，探查其特定信息，為礦物勘探節約了人力，物力，財力等資源，且能獲得相對較理想結果。但是在實際工作中，由于受到各種因素影響，往往會導致獲取到的蝕變信息提取不準確或者是沒有得到很好的利用，從而造成了一些相關性信息與突出性信息之間存在著一系列問題。所以有必要深入研究遙感信息處理方法以得到所需的資料。

4 航測遙感影像數據處理技術展望

當前的航測遙感技術正朝著更快、更精、更清的方向不斷進步，同時測繪地理信息行業正在經歷著有二維地理信息向三維地理信息的巨變，在我國提出數字化基建的背景下，三維中國項目已經悄然在各地展開。目前的三維地理信息主要通過傾斜攝影、激光掃描矢量化建模等方式進行，這些技術相對于傳統的手工三維建模而言已經取得了巨大的發展，正是這些技術使得三維中國項目得以推行。然而，技術的發展是無止境的。隨著衛星影像的分辨率越來越高，以及優質影像數據的不斷積累，筆者在此暢想，應當在不遠的將來，我們當能實現基于衛星影像的三維建模技術，直接使用多個周期、多個視角的衛星影像來構建全球范圍的三維影像，筆者對此滿懷期待。

5 結語

總之，內業數據處理是航測遙感影像測繪工作中必不可少的重要環節，該環節采用的方法是否科學合理，對數據的正確性和精度有著直接的影響。但實際工作中，由于受到多種因素影響，使得處理后的數據往往存在較大誤差或者粗差，從而導致了后續測量結果與實際差異較大。本文結合筆者的經驗及理解，介紹了航測遙感內業數據處理的一些筆者認為較為關鍵的技術，希望對讀者有所幫助。在工作過程中，我們應該十分關注數據處理與分析工作，掌握科學的方法，提升工作的有效性，保障數據成果的精度，為測繪成果服務于經濟建設保駕護航。