遙感正射影像1：10000地形圖快速更新方法的探討
——以金昌市、甘南藏族自治州更新項目為例

胡天文，仝 昕

（甘肅省基礎地理信息中心，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

基礎測繪是為經(jīng)濟建設、社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護提供服務的基礎性工作，是實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的基本條件和重要保證，為國土空間用途管制、生態(tài)保護修復和高質量發(fā)展西部生態(tài)安全屏障構筑等重大任務、重大工程提供基礎地理信息數(shù)據(jù)支持和服務保障[1]。根據(jù)《甘肅省“十四五”基礎測繪規(guī)劃》，基礎測繪工作為全省經(jīng)濟發(fā)展、國防建設、社會進步、生態(tài)保護、脫貧攻堅、應急保障和全面建成小康社會提供了強有力的技術支撐[2]，1∶10 000地形圖成果數(shù)據(jù)作為基礎測繪成果的重要組成部分，該項任務將是一項長久的、必不可少的工作。

近些年來，隨著甘肅省城市化發(fā)展進程越來越快，對地形圖的更新要求也越來越高。這就迫切需要對省級1∶10 000地形圖成果進行持續(xù)地、快速地更新和完善。為滿足1∶10 000 地形圖快速更新的需求，文章基于金昌市、甘南藏族自治州更新項目，在正射影像處理、軟件選擇、資料整理整合、數(shù)據(jù)更新采集和元數(shù)據(jù)生產(chǎn)等各個關鍵節(jié)點，優(yōu)化總結更高效的經(jīng)驗，通過技術能力提升，提高基礎測繪地形圖更新效率。

1 遙感影像獲取與處理

1.1 影像數(shù)據(jù)源獲取

影像作為1∶10 000地形圖更新的基礎底圖，其獲取時間是影響更新數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性、內業(yè)采集和外業(yè)調繪核查工作量的重要因素，成果影像的精度還必須滿足更新1∶10 000地形圖的精度要求。

傳統(tǒng)的基礎測繪1∶10 000 地形圖采集或者更新項目中，大多數(shù)影像源為航空攝影數(shù)據(jù)成果。航空遙感影像是指利用飛行器（如大、小型無人機或者飛機等）搭載遙感傳感器獲取地球表面信息的方法。航空遙感雖然具有數(shù)據(jù)獲取快、數(shù)據(jù)準確性高、影像分辨率高等優(yōu)勢，但由于其飛行器飛行高度較低，只適用于中小范圍影像數(shù)據(jù)獲取。1∶10 000 地形圖更新項目涵蓋金昌市、甘南藏族自治州兩大市域，覆蓋面積大，如果采用航空影像為影像數(shù)據(jù)源，任務區(qū)影像獲取、收集整理的工作量過大，工期太長。為實現(xiàn)快速更新的目的，項目選取航天影像作為影像數(shù)據(jù)源。航天影像又稱衛(wèi)星影像，是指利用衛(wèi)星上攜帶的遙感傳感器捕捉地球表面信息得到的影像。由于衛(wèi)星的拍攝高度較高，其影像具有覆蓋范圍廣等優(yōu)點，適用于大范圍的影像數(shù)據(jù)獲取。應用高分辨率遙感衛(wèi)星影像進行地形圖更新具有生產(chǎn)周期短、成本低、精度高等不可比擬的優(yōu)勢。

在滿足影像分辨率、精度和其他要求的前提下，選取由自然資源衛(wèi)星遙感云服務平臺推送的高分辨率國產(chǎn)高分二號及七號原始衛(wèi)星影像作為影像數(shù)據(jù)源，對影像數(shù)據(jù)源進行分析整理，選取符合時相要求、云、雪覆蓋量少（20%以下）的原始影像進行后續(xù)處理。

1.2 影像處理技術路線與工藝流程

收集的衛(wèi)星影像在處理時需先制定合理的技術路線，在影像處理時選取地理成像加速器（PCI GXL）軟件進行正射影像生產(chǎn)，總體流程見圖1。

圖1 正射影像處理流程圖

（1）資料準備。收集任務區(qū)內已有的參考影像（第三次國土調查影像等）、數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)和原始影像，進行資料準備。

（2）區(qū)域網(wǎng)平差。進行影像控制點采集、影像重疊區(qū)域的連接點采集等，進行區(qū)域網(wǎng)平差。采集的控制點和連接點應均勻分布，其數(shù)量、密度等能滿足區(qū)域網(wǎng)平差要求。

（3）正射糾正。使用嚴格數(shù)學模型和數(shù)字高程模型來糾正原始影像扭曲，經(jīng)過處理，將待糾正影像上的地物特征與其在地球上的真實位置關聯(lián)起來。

（4）影像融合。采用銳化融合方法，通過融合黑白全色和多光譜彩色影像創(chuàng)建高分辨率彩色影像。該方法使用產(chǎn)生銳化結果優(yōu)于其他類型的算法，融合的同時能夠保留原始影像的光譜特性。

（5）勻光勻色。影像融合后便可形成階段性數(shù)字正射影像成果，即整景數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)，每景影像按照單獨文件夾存放，其中包含每景影像文件、影像信息文件、金字塔文件等。對檢查合格的整景影像數(shù)據(jù)進行勻光勻色處理，要求影像色彩真實、紋理清晰，曝光適度等。

2 專業(yè)更新軟件Geoway updater在1∶10 000地形圖快速更新中的應用

Geoway updater 是吉威公司基于ArcGIS 開發(fā)的地理信息更新軟件，是一款專門用于測繪地理信息數(shù)據(jù)更新項目且功能十分強大的軟件[3]。在1∶10 000地形圖快速更新項目中，Geoway updater 軟件在以下幾個功能模塊中發(fā)揮了優(yōu)勢作用。

（1）數(shù)據(jù)質檢及自動修改功能。針對更新采集完的數(shù)據(jù)，軟件自帶各類質檢功能：對比2020 版《甘肅省基礎地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)與建庫1∶5 000 1∶10 000 DLG 要素分類、分層與編碼規(guī)定》方案檢測功能，可以篩查出不在編碼規(guī)定范圍內的數(shù)據(jù)；邏輯質檢功能，可以檢查點、線、面之間的邏輯關系并可以批量修改不合理偽節(jié)點、懸掛點等錯誤；圖廓咬合功能，可以結合內圖廓線對各種線狀、面狀的物類進行圖廓咬合檢查并批量修改不合理圖廓咬合以及其他質檢功能，確保數(shù)據(jù)在采集初編階段就能排除大部分錯誤。

（2）自主接邊功能模塊。配合更新軟件，吉威公司推出了獨立接邊工具軟件Geoway Edgecoorinator，在接邊工程下軟件通過接邊線自主發(fā)現(xiàn)圖幅四周需要接邊的要素，并對應接未接要素進行標注，批量完成接邊工作，包括位置、屬性的接邊，相比以往手動接邊，既保證了接邊精度，又大大提高了接邊效率。

（3）保留要素更新信息與增量更新包。所有在更新過程中的數(shù)據(jù)，要素屬性欄里都會自動添加更新屬性字段，在更新過程中記錄下要素的更新時間與更新狀態(tài)，可以有效區(qū)分成果數(shù)據(jù)的更新信息。所有數(shù)據(jù)在工程下更新檢查完畢后，可以導出增量更新包，更新包中是所有經(jīng)過更新的要素內容，可方便查找圖幅更新內容、任務區(qū)變化區(qū)域，可節(jié)約作業(yè)員在數(shù)據(jù)編輯處理階段的工作量。

（4）支持封閉區(qū)域內一鍵構面的功能。Geoway updater軟件新開發(fā)的一鍵構面功能，在作業(yè)中要采集面狀要素時，如果其四周已經(jīng)由線狀地物構成封閉區(qū)域，直接點擊區(qū)域內部便可完成面填充工作，相比以往在采集面狀地物時，需追蹤邊線完成面的采集，既避免了會出現(xiàn)面空洞錯誤，又能節(jié)約作業(yè)時間。

（5）聯(lián)動編輯功能。當需要處理共線、共面的要素時，先在聯(lián)動編輯設置中選中需統(tǒng)一修改的地物，再次串聯(lián)修改時，可以同時修改兩類及以上要素，比如在修改路面寬度時可以同時修改道路邊線與道路面兩種要素，這種作業(yè)方式既避免出現(xiàn)共線、共面的要素節(jié)點不一致的情況，同時也提高了作業(yè)效率。

3 優(yōu)化專題資料整理方式

專題資料的分析處理是1∶10 000 地形圖快速更新項目中十分重要的前期工作，該工序的質量直接影響到地形圖更新工作的成果質量與工作效率[4]。

在項目開展前期，收集相關的行業(yè)的專題資料，具體包括等級道路及交通設施、行政區(qū)劃設置情況、水利設施、電力桿塔設施等行業(yè)專題資料。對各類專題資料進行整理分析，明確資料使用原則，確保資料利用的統(tǒng)一性。

3.1 制定資料使用原則

由于收集的資料較多，首先對各類資料的來源、內容、現(xiàn)勢性進行分析，制定資料使用原則，按照資料的權威性及現(xiàn)勢性明確每一種地物類的基礎資料和參考資料，優(yōu)先按照基礎資料更新要素屬性，在基礎資料存在少數(shù)缺漏的時候再使用參考資料。資料使用原則的制定大大節(jié)約了項目前期資料使用培訓的時間。

3.2 專題資料轉換與提取

由于收集的資料種類繁多、格式多樣，無法直接使用，需要將資料進行格式轉換、數(shù)據(jù)整合、坐標轉換等操作。

3.2.1 文檔資料矢量化

專題資料中電力數(shù)據(jù)與安置點數(shù)據(jù)等資料是電子文檔格式。對于此類資料，先根據(jù)其內容提取出有用的信息數(shù)據(jù)，再借助ArcGIS 軟件，通過坐標信息將資料矢量化，最后對應任務區(qū)投影分帶做相應投影轉換，得到專題資料矢量文件，可以直接加載參考利用。

3.2.2 網(wǎng)絡資料空間化

專題資料中，甘肅省統(tǒng)計行政區(qū)劃名稱及代碼和近年來的撤鄉(xiāng)改鎮(zhèn)文件等資料來源于國家統(tǒng)計局網(wǎng)站、民政局網(wǎng)站等官方網(wǎng)站。對于此類權威性網(wǎng)站資料，首先下載整理為文檔格式資料，提取數(shù)據(jù)中的各級行政駐地標注點，然后根據(jù)撤鄉(xiāng)改鎮(zhèn)文件，更新各級行政駐地標注點名稱，在ArcGIS軟件下，將更新后的行政駐地標注點數(shù)據(jù)與最新版城鄉(xiāng)分區(qū)代碼中名稱屬性項做鏈接處理，最后將最新的PAC碼屬性掛接到行政駐地標注點上，可以最大限度地減輕后續(xù)外業(yè)調繪中對該類地物調繪核查的工作量。

戴笠對黃炎培早有意見，現(xiàn)在終于有了這么個好機會，就想狠狠地“教訓”一下他，于是未認真分析這個情報的真假，便下令特務將黃炎培的住宅包圍起來，并強行搜查。

3.2.3 按照任務區(qū)范圍建立專題資料吉威工程

為了在作業(yè)時更快地加載對照參考資料，對于所有已完成格式、坐標轉換的專題資料，先以任務區(qū)范圍裁切，再根據(jù)圖層地物分類導入軟件，按照方案與相應地物類逐一對應，例：公路資料按照國、省、縣、鄉(xiāng)、專及農村道路與LRDL 圖層下各地物類對應，電力資料與管線資料與PIPL、PIPP 圖層下各地物類對應。建立的可以直接加載圖層的專題資料吉威工程，在作業(yè)時可以直接復制使用，節(jié)約了資料導入導出、裁切整理的時間。

4 優(yōu)化外業(yè)調繪模式

4.1 采用電子調繪形式

傳統(tǒng)的外業(yè)調繪形式采用的是紙質調繪，作業(yè)員攜帶紙質調繪片在野外對影像和實地進行對照，將調繪內容標記在調繪片上，回到室內依據(jù)圖式規(guī)范對調繪片完成清繪工作，形成最終的調繪成果提供給內業(yè)人員參考修改[5]。這種作業(yè)方式在調繪片生產(chǎn)階段、外業(yè)調繪階段和調繪片返回內業(yè)上圖修改階段均產(chǎn)生諸多不便。

為了在外業(yè)調繪這個重要環(huán)節(jié)提高工作效率，節(jié)省作業(yè)時間，更好地達到快速更新的目的，項目采用了電子調繪的方式，調繪片由紙質改為電子切片格式，影像和符號化后的矢量數(shù)據(jù)以電子地圖切片的方式存儲（*.png格式），這樣極大地壓縮了數(shù)據(jù)量、節(jié)省了空間，也減輕了制作調繪片的工作量。在外業(yè)平板上安裝外業(yè)調繪系統(tǒng)，導入電子調繪片，在野外作業(yè)時，可將調繪內容直接采用點、線、面的方式記錄在平板中，這種作業(yè)模式避免了電子調繪時易發(fā)生卡屏、死機的現(xiàn)象，提高了工作效率。

4.2 外業(yè)調繪注意事項

（1）統(tǒng)一影像切片與矢量數(shù)據(jù)制作的切片方案。外業(yè)調繪時要同時加載影像與矢量數(shù)據(jù)，需要以同樣的縮放比例尺將兩者縮放到同一級別查看操作，所以在制作影像與矢量電子調繪片切片時需采用同一個切片方案。考慮到任務區(qū)范圍與數(shù)據(jù)量大小，制作了縮放比例尺分別為：1∶30 000、1∶15 000、1∶7 500、1∶3 000、1∶1 500的切片方案，在影像與矢量切片數(shù)據(jù)制作時分別采用。

（2）配置合理的符號。在進行矢量切片數(shù)據(jù)生產(chǎn)時，應先按照各數(shù)據(jù)層下地物分類，對應設置合理的、易于外業(yè)分辨的符號方案，例如點狀房屋對應的符號為灰色小矩形，河流流向符號為藍色箭頭等。

（3）卸載外業(yè)調繪時不需調繪的圖層。雖然采用切片形式的電子調繪方式已極大地壓縮了數(shù)據(jù)量，但將面積較小的金昌市劃分為3個調繪區(qū)域，甘南藏族自治州劃分為6 個調繪區(qū)域后，數(shù)據(jù)量十分龐大，所以在制作外業(yè)調繪底片時，刪除調繪時不涉及的CPTL、LRDA、TERL等圖層。

5 采用元數(shù)據(jù)系統(tǒng)批量生成元數(shù)據(jù)

元數(shù)據(jù)是測繪數(shù)據(jù)重要的組成部分，具有描述數(shù)據(jù)屬性的特征。傳統(tǒng)的元數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式是先建立好元數(shù)據(jù)模板，然后按照圖幅情況修改模板內容，形成每幅圖的元數(shù)據(jù)成果。這種作業(yè)模式自動化程度較低，人工填寫的工作量大，而且在完成元數(shù)據(jù)的制作后，如果后期要對元數(shù)據(jù)調整和修改，也需人工逐個進行排查修改，速度太慢，工作效率太低[6]。

為了實現(xiàn)快速更新的目的，在元數(shù)據(jù)制作階段，項目組利用計算機編程技術批量生產(chǎn)元數(shù)據(jù)的思路，自主研發(fā)了元數(shù)據(jù)系統(tǒng)。在制作1∶10 000標準圖幅元數(shù)據(jù)的過程中，先按照1∶10 000分幅結合表填寫元數(shù)據(jù)部分屬性項，將產(chǎn)品名稱、版本、大地基準等通用項統(tǒng)一填寫，并按照作業(yè)時的數(shù)據(jù)情況填寫影像獲取時間、生產(chǎn)日期等屬性項；其次，對于圖名、等高距等未發(fā)生變化的屬性項，從原始元數(shù)據(jù)中讀取；圖層數(shù)量、圖層名稱等屬性項直接按照成果數(shù)據(jù)相關屬性計算讀取。在元數(shù)據(jù)系統(tǒng)中明確各屬性項讀取的源頭，按照路徑要求建立結合表、成果數(shù)據(jù)和原始元數(shù)據(jù)文件夾，通過元數(shù)據(jù)系統(tǒng)便可批量完成元數(shù)據(jù)的制作。開發(fā)和利用該系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率和正確率，生產(chǎn)約500 幅元數(shù)據(jù)只需不到2 h，相比傳統(tǒng)的元數(shù)據(jù)制作方式，極大地減少了人工填寫、修改的量，節(jié)約了時間。

6 結語

文章主要基于金昌市、甘南藏族自治州1∶10 000地形圖快速更新項目，從影像源獲取、正射影像處理、更新軟件選擇、專題資料整理分析及元數(shù)據(jù)制作各工序中摒棄傳統(tǒng)的、耗時費力的作業(yè)方式，分析總結出優(yōu)勢的、省時省力的作業(yè)方式，研究表明:

（1）任務區(qū)覆蓋范圍過大時，在影像數(shù)據(jù)源選取上應該優(yōu)先選取航天影像數(shù)據(jù)源。合理的航天影像數(shù)據(jù)源不但能保證1∶10 000 更新項目的影像分辨率等精度要求，還能快速獲取大面積范圍內的影像數(shù)據(jù)。優(yōu)化已有影像處理技術流程，在光譜影像與其對應的高分辨率全色影像融合階段選取更合適的融合方法，能夠更加快速、完善地獲取正射影像數(shù)據(jù)，以便后續(xù)的內業(yè)更新工作盡早開展。

（2）專業(yè)更新軟件Geoway updater 非常智能化，有效地解決了一些地形圖快速更新的問題，可以滿足現(xiàn)階段地形圖快速更新的需求，為相關工作的開展提供參考。

（3）更新項目更多地依賴專題資料，應十分重視專題資料收集、分析與整理工作，制定資料使用原則，確保成果資料使用尺度一致。通過對專題資料坐標轉換、數(shù)據(jù)格式轉換、數(shù)據(jù)提取等處理，使專題資料能夠更好地為地形圖快速更新工作服務。

（4）在外業(yè)調繪階段將傳統(tǒng)的紙質調繪改為電子調繪，分幅的紙質調繪片改為按照任務區(qū)劃分的電子調繪片，最大程度地縮短了工期。

（5）在元數(shù)據(jù)生產(chǎn)時，傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式太費時費力，總結元數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)律，使用自主研發(fā)的元數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)，精簡了傳統(tǒng)元數(shù)據(jù)填寫流程，提高了生產(chǎn)效率，為元數(shù)據(jù)制作提供了全新的思路。