PCI-GXL系統在水土流失遙感更新調查中的應用

［關鍵詞］ 水土流失；影像生產；PCI-GXL系統；海量遙感

［摘 要］ 為提高遙感衛星影像的質量與生產速度，以滿足年度水土流失遙感更新調查項目時間緊、影像精度高和數據量大的需求，介紹了一種使用PCI-GXL系統進行遙感影像處理的技術，并分析了PCI-GXL系統在廣西壯族自治區水土流失動態監測區遙感更新調查中的應用，以期為更好處理水土流失遙感更新調查數據提供幫助。

［中圖分類號］ S157" [文獻標識碼] B" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.05.012

水土流失遙感更新調查的意義在于運用遙感、無人機航攝、地面觀測、模型計算和綜合分析等技術手段，全面調查地區土壤侵蝕與生產建設擾動現狀，查清全區水土流失類型、面積、強度、空間分布和動態變化，掌握水土流失年度動態變化情況，實現水土流失年度動態變化情況分析評價，為生態安全預警、水土保持目標責任及有關生態評價考核、水土保持和生態文明建設等提供基礎數據和決策支撐；同時以數字化的方式展示調查成果，提高成果的應用水平，向社會及時公布調查成果。而高分辨率衛星遙感影像是水土流失遙感調查中土地利用解譯的主要數據源。

PCI-GXL地理成像加速器軟件的RPC模型（幾何校正模型）是公認優秀的RPC模型算法，同時GXL系統也是支持最多衛星數據類型讀取的海量數據處理平臺，將高性能的計算能力與專業處理技術結合，使數據處理在速度和效率上都得到了顯著提高，通過自動化的工作流，能夠大大提升對傳統影像的處理能力，從而大大提高生產單位的處理能力，很好地滿足水土流失遙感更新調查項目時間緊迫、影像精度高和數據量大的要求[1-3]，節省大量的物力財力，對水土流失遙感更新調查的實施具有積極意義。

本研究介紹了基于PCI-GXL系統，利用國產遙感衛星數據制作2021年廣西壯族自治區除國家級重點防治區以外的93個縣級行政區水土流失動態監測點遙感更新調查影像的技術流程，以期為更好地處理水土流失遙感更新調查數據提供幫助。

1 數據獲取及利用分析

由于項目對影像的精度要求較高，需要對原始數據進行分析和篩選，因此影像選擇的結果直接影響成果的質量。由于陸地觀測衛星數據服務平臺可進行多種國產衛星數據的查詢下載，并且能夠進行原始影像貼圖，能夠更好地進行初次篩選，保證覆蓋率，因此影像數據從陸地觀測衛星數據服務平臺獲取，一般按照如下原則選?。孩儆跋竦臅r相為更新調查本年度的1—8月且空間分辨率優于2 m；②監測區大部分縣級行政區的遙感影像無明顯云覆蓋（云量低于1%）；③如果影像時相較新但質量較差，則可采用時相最接近且質量較好的影像進行補充。

2021年廣西壯族自治區水土流失動態監測區遙感更新調查影像的主要數據源為CB04A、GF1、GF1B、GF1C、GF1D、GF2、GF6、GF7、ZY1E、ZY302衛星。使用數據見圖1。

2 影像生產流程

PCI-GXL系統進行影像生產作業的主要流程為：影像導入、控制點與同名點采集、正射校正、影像融合、影像鑲嵌預處理、鑲嵌及成果輸出[4-5]。影像生產流程見圖2。

2.1 影像導入

PCI-GXL系統的通用數據庫技術可支持130余種柵格、矢量數據讀寫。每一個數據處理軟件或平臺支持文件格式有所不同，PCI-GXL的影像導入模塊主要用來將原始的影像數據轉換為內部格式，同時讀入原始數據中的包括星歷參數等模型，對輻射校正與系統幾何校正后的0級以上數據（不包含0級原始數據）進行讀入，在此基礎上建立軌道信息數據層，為正射校正等后期處理做準備。

2.2 控制點采集與同名點采集

PCI-GXL系統能夠從正射校正后的影像/地理參考影像、控制點影像庫、現狀矢量數據庫（道路網）、多邊形矢量數據（湖泊）4種參考數據中自動采集地面控制點；同名點采集與優化模塊是通過掃描輸入的文件夾中彼此相互重疊的有效影像（PIX），根據輸入的影像數量，產生一個或多個連接點采集作業，每個作業處理一個輸入影像的子集，連接點采集作業完成后，模塊會產生一個校正作業將所有的子工程合并到一個工程中。

2.3 正射校正

當控制點采集檢查完成后，自動正射校正模塊可使用嚴密成像幾何模型或RPC模型進行衛星影像正射校正。2021年廣西壯族自治區水土流失遙感調查基于高精度的DEM數據，控制點參考影像為現有水利部下發影像，無需任何人工干預，正射糾正全自動化就能達到很理想的糾正效果，正射校正模塊可為輸出的影像進行地圖投影，設置影像輸出的像素大小，后經過對比檢查，影像的精度符合水土流失遙感更新調查影像生產精度要求。

2.4 影像銳化融合

PCI-GXL針對不同影像傳感器和應用，為了解決色彩失真與過度依賴復雜運算與數據集等現有融合算法的典型問題，基于最小二乘法，得到在原始全色與多光譜間達到最佳近似灰度值關系的影像，全色增強的多光譜將繼承全色影像的空間細密程度，確保影像高分辨率及色彩高精度。

2.5 影像鑲嵌與成果裁剪

與其他需要手動畫鑲嵌線進行鑲嵌的軟件相比，PCI-GXL系統具有在進行鑲嵌前會進行鑲嵌線自動采集和影像自動勻色的鑲嵌預處理優勢，進行最終影像成果輸出時，輸出文件類型可為pix、tif或img。

以桂林市為例，2021年5—7月全市無云全覆蓋影像生成，所需數據有ZY302數據4景及GF6數據2景，將原始數據放入PCI-GXL系統中，數據導入至成果輸出僅耗時0.5 h。PCI-GXL系統在處理影像時打破了傳統作業方式，可形成自動化的工作流，極大地提高了生產效率，縮短了生產時間。按照2021年廣西水土流失動態監測區遙感更新調查的要求，根據行政界線進行影像鑲嵌裁剪，影像輸出類型為pix。影像輸出成果見圖3。

3 成果應用

廣西屬亞熱帶季風氣候和熱帶季風氣候區，雨量充沛、暴雨集中，降雨侵蝕力較強，容易形成降雨徑流，而山地丘陵地貌又為降雨徑流的產生提供了有利條件和較大勢能，使徑流沖刷力更強，加上廣西巖溶廣布，地表切割強烈，土壤瘠薄，抗蝕性差，因此極易引發水土流失。全面調查廣西水土流失類型、強度、空間分布狀況，掌握水土流失動態變化，能對研究水土流失發展趨勢、制定防治措施起到支撐作用，而遙感影像是前期土地利用解譯的基礎。

3.1 建立解譯標志

PCI-GXL系統所處理的遙感影像全色與多光譜影像間達到最佳近似灰度值關系，地物特征清晰。根據2021年遙感影像的空間分辨率、時相，以及典型地物的色調、幾何影像特征，結合外業調查，采用遙感影像、典型調查與實地對照的方法，每個縣級行政區分別建立一套土地利用和水土保持措施遙感解譯標志。

3.2 遙感解譯

基于2020年監測成果和2021年遙感影像，結合解譯標志和野外調查資料，根據技術指南中“土地利用分類”和“水土保持措施分類和全國輪作區名稱及代碼”的分類標準和要求，以廣西2021年2 m高分遙感影像為底圖，采用人機交互解譯與自動解譯結合的方法，提取土地利用與水土保持措施等專題信息，提取土地利用與水土保持措施的類型、面積或數量，確定土壤侵蝕地塊邊界，整理矢量字段屬性表。自治區級監測區土地利用遙感解譯總圖斑308.06萬個，水土保持措施總圖斑28.63萬個，野外調查共調查土地利用圖斑1.59萬個，水土保持措施圖斑1 916個。

1）土地利用情況。基于《2021年水土流失動態監測技術指南》所規定的分類體系，以2020年全國第二次土地利用變更調查數據基礎上更新解譯的成果為基礎，以2021年2 m高分遙感影像為底圖，結合解譯標志，采用人機交互的方式根據最新的遙感影像數據對土地利用進行更新解譯，獲得監測區耕地、園地、林地、草地、建設用地、交通運輸用地、水域及水利設施用地等土地利用類型數據并統計面積。

2）植被覆蓋情況?；诳h級行政區土地利用遙感解譯成果，以及上一年植被最茂盛時期的植被覆蓋度監測成果，按覆蓋度分級，分別統計不同覆蓋度園地、林地、草地的面積。

3）水土保持措施情況?；诳h級行政區水土保持措施遙感解譯成果，按水土保持措施類型，分別統計措施工程量，如面積、長度、數量等。

3.3 制作專題圖

基于縣級行政區土地利用解譯成果，分別統計不同統計單元的土地利用情況、植被情況、土壤侵蝕情況、水土保持措施情況及人為擾動情況，制作生成不同統計單元土地利用專題圖、植被覆蓋度專題圖、土壤侵蝕專題圖、水土保持措施專題圖及人為擾動地塊專題圖。

根據《2021年水土流失動態監測技術指南》開展了2021年廣西水土流失動態監測區遙感更新調查工作，全面查清了廣西2021年水土流失的類型、面積、強度、空間分布和動態變化情況。配合遙感影像建立自治區級監測區每個縣一套土地利用和水土保持措施的解譯標志，完成了監測區土地利用與水土保持措施信息提取工作，土地利用類型與水土保持措施分類與屬性賦值規范，滿足《2021年水土流失動態監測技術指南》要求。

4 總結與建議

高分辨率遙感影像是2021年廣西土地利用遙感更新調查主要的參考數據源，然而高分辨率遙感影像的應用不僅僅在于此，高分辨率遙感影像在許多領域都有應用，包括但不限于城市規劃和土地利用、農業和林業、環境保護和自然資源管理、地質勘探和礦產資源開發、建筑工程和基礎設施建設、地震災害監測和防災減災等。

PCI-GXL系統可采用作業流的方式，將影像導入、控制點采集、正射、融合放入一個通用處理流程模塊，它的優勢就在于通過加速地圖繪制和渲染過程，能夠提高地圖渲染速度。這對于需要處理大量地理數據的應用程序來說尤為重要，可大大提高應用程序的響應速度，優化用戶體驗，降低重復及耗時的操作，使處理結果更具連續性，減少勞動力消耗，縮短產品的交付周期，并且PCI-GXL系統還能通過優化硬件配置得到進一步的提升。總的來說，對于需要海量遙感數據的水土流失遙感更新調查項目，PCI-GXL系統不僅能夠節省大量的財力物力，而且處理高效。

[參考文獻]

[1] 潘彤，李鴻洲，董瑪力，等.基于GXL軟件的衛星影像糾正處理技術方法探析[J].測繪與空間地理信息，2020，43（6）：172-174.

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[3] 王炯杰.PCI GXL系統在第三次全國土地調查正射影像生產中的應用[J].礦山測量，2018，46（4）：85-88.

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[5] 李艷.衛星遙感影像處理技術及應用實踐[J].工程技術研究，2020，5（12）：126-127.

第一作者： 趙敏（1986—），男，湖南邵東人，高級工程師，碩士，主要從事水土保持、遙感應用方面的工作。

通信作者： 任美玲（1995—），女，重慶忠縣人，學士，主要從事遙感應用、水土保持方面的工作。E-mail： 2579921981@qq.com

（責任編輯 楊傲秋）

［引用格式］ 趙敏，刁品文，任美玲，等.PCI-GXL系統在水土流失遙感更新調查中的應用[J].中國水土保持，2024（5）：39-41.