正射影像图制作技术方案.docx

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正射影像图制作技术方案

东莞市市域卫星数字正射影像图

投标文件技术方案

国家遥感应用工程技术研究中心

北京超图地理信息技术有限公司

2003年6月

一、项目背景

东莞市地处广东省中南部，东江下游，珠江三角洲东南部，北靠广州；毗邻香港，处于穗港经济走廊中间。

1985年9月，经国务院批准撤县设市；1988年1月，东莞升格为不设县的地级市，现辖32个镇区。

全市户籍人口150万，外来人口500万。

使用高分辨率卫星影像，可满足东莞市经济快速发展对地图现势性的要求；给城市规划和建设提供高分辨率卫星影像资料；弥补基础测绘周期长的不足；为地图制作准备资料。

二、项目预期目标

本项目总体目标是：

以东莞市城建规划局信息化建设需求为基础，东莞市城建规划管理信息系统总体设计框架为指导，参考相关行业标准和规范，应用高分辨率遥感技术、地理信息技术、数据库技术等相关技术，完成东莞市市域卫星数字正射影像图制作及影像入库，开发出结合规划使用、可快速浏览海量影像并进行不同时期影像对比的管理软件，利用东莞市现有的数据资源，建成包含地形数据、影像数据在内的影像空间数据库，为东莞市城建规划管理信息系统建设提供完整、安全和可靠的数据支撑和运行保障。

在该总体目标的指导下，具体划分各子目标，包括以下几个方面：

1、完成东莞市市域约2500平方公里高分辨率（高于1米）卫星数据产品（包含全色与多光谱产品）的采集。

利用光学卫星进行数据采集需要有较好的天气条件，而东莞市属亚热带季风气候,长夏无冬，日照充足，雨量充沛，一年中2～3月份日照最少，7月份日照最多。

雨量集中在4～9月份，其中4～6月为前汛期，以锋面低槽降水为多。

7～9月为后汛期，台风降水活跃。

如何避开雨季，采集到较好质量的数据是本项目较为关键的一步，在可行性分析中将进行详细论述。

2、制作各种比例尺东莞市高分辨率卫星影像地图并将影像入库管理，形成系列化的标准分幅影像地图库；并与矢量数据库进行叠合，为矢量数据库提供视觉参考。

1）在已有的基础上对城建规划业务进行深入细致的调查，形成东莞市城建规划空间影像数据总体需求；

2）结合相关标准，制定东莞市规划空间影像数据的规范；

3）在以上工作的基础上，完成东莞市影像入库管理。

要求无论在何种比例尺情况下，要求各种空间数据之间（影像数据与各比例尺矢量数据）能进行精确匹配和叠加。

4）制作卫星影像相纸图。

3、开发东莞市城建规划局影像浏览工具软件。

工具软件主要功能：

1）可实现不同时相局部区域影像的同步慢游浏览和同步放大缩小，可以目视比较局部区域城市建设要素的时间变化。

2）并在该软件里实现高分辨率、大区域海量遥感影像数据的快速浏览。

3）与矢量图层进行复合显示。

4）该软件能够直接读取常用图形图像格式包括：

常见交换格式，如DXF、SDB、DWG、VCT、TIF、GeoTIF、BMP、JPG等；支持转换大多数常用的图形数据格式，如DWG、Coverage、Tab等；支持国家标准交换格式，如VCT等；支持多种影像文件格式，如TIF、GeoTIF、BMP、JPG、ECW、MrSID等。

5）可在该软件上进行矢量化。

4、评估城市环境条件；监测城市扩张和变化；在特定时候提供人不可到达地区的信息。

三、项目建设原则

项目的建设主要遵从以下几个方面的原则：

1、实用性

最大程度地满足规划管理业务的需要，为业务管理提供最优的业务数据模型，是系统建设的基础依据。

工具软件的设计易于理解、界面友好。

影像数据源应具有与其他系统数据共享、协同工作的能力。

2、前瞻性和可扩展性

目前，遥感技术、数据库技术与GIS技术发展非常快，同时城市建设与规划管理业务也在不断扩大和调整，这就要求遥感数据源需要有其先进性和超前性，数据库的设计具有超前性，以便更好地处理因此引发的系统升级问题。

同时，数据库设计应充分考虑计算及相关技术方面的发展趋势，使数据库具有较强的扩展能力，确保数据库能适应现代信息技术高速发展的需求。

3、经济性

数据源选择性价比高的产品。

软件选型经济实用：

选择性能价格比高的软件是系统成功建设的重要基础。

4、安全性

由于高分辨率卫星影像数据库的安全是数据库建设的一个重要方面，也是以后信息系统运行的一个重要保障。

概括起来说，数据库安全性必须考虑以下几个方面：

（1）权限管理，防止非法登录，保证合法用户拥有合法权限，保证按照权限对数据库进行操作；

（2）防病毒设计，防止病毒对数据的侵害；

（3）数据备份机制的建立，防止意外情况导致数据损失；

（4）数据库的容错处理，保证数据的完整性和一致性。

5、标准化与规范化

为了确保影像数据的共享和互操作，实现基础地理信息的共享，必须建立统一的标准和共同遵守的规范，使数据能为政府各部门及社会各行各业所接受和使用。

6、一体化

影像数据入数据库后，与现有规划管理系统中的矢量图层要能较好的进行衔接。

四、用户需求与特点分析

1、购买东莞全市域约2500平方公里全色及多光谱高分辨率卫星影像数据。

2、进行数据融合。

对卫星数据的全色及多光谱波段进行融合。

包括选取最佳波段，从多种分辨率融合方法中选取最佳方法进行全色波段和多光谱波段融合，以使得图像既有高的空间分辨率和纹理特性，又有丰富的光谱信息，从而达到影像地图信息丰富、视觉效果好、质量高的目的。

3、进行数字几何正射校正。

依据控制点（由城建局提供）利用相应软件模块对数据进行几何精校正，这一步骤包括利用地面控制点（GCPs）找出实际地形，计算配准中控制点的误差，利用DEM消除地形起伏引起的位移，然后对图像进行重采样等。

4、进行图像镶嵌。

相邻图像，由于成像日期、系统处理条件可能有差异，不仅存在几何畸变问题，而且还存在辐射水平差异导致同名地物在相邻图像上的亮度值不一致。

如不进行色调调整就把这种图像镶嵌起来，即使几何配准的精度很高，重叠区复合得很好，但镶嵌后两边的影像色调差异明显，接缝线十分突出，既不美观，也影响对地物影像与专业信息的分析与识别，降低应用效果。

要求镶嵌完的数据色调基本无差异，美观。

5、地名注记标注与系列标准分幅影像地图制作。

根据相关图件以及实际调查，并根据具体要求，在影像地图上标注显著地物名称。

根据已有的市界和区界图，为影像地图加上市界、区界和其它要素说明。

按照1:

10000,1:

5000,1:

2000,1:

1000地形图标准分幅将整块或分块镶嵌的数字影像图进行标准分割，形成系列化的标准分幅影像地图库。

6、图廓整饰与各种不同比例尺影像地图输出。

按照成图规范，针对不同比例尺地图的要求制作相应的图幅整饰模板，实现1:

10000,1:

5000,1:

2000,1:

1000等各种不同比例尺规格遥感影像地图的制图输出，如此可以得到影像图面效果和图面整饰效果良好的纸质影像地图或挂图。

7、遥感处理成果数据与可与城建规划局现有系统（基于CAD的规划管理信息系统）兼容，能够保证现有系统对成果数据的顺利调用。

8、将成果数据与现有规划管理系统中的矢量图层（1:

2000）进行复合显示。

9、若将来每年或每两年获取新时相遥感影像，须负责解决多时相遥感影像处理、提取动态变化信息的技术问题，对新增或减少的每一个人工建筑物，包括楼房、平房、道路、及有关市政设施等可以进行标示，同时对森林、城市绿地、水体等地表覆盖类型的变化进行标示，为更好地进行城市规划管理工作起到显著的作用。

10、利用相应软件工具，利用高压缩比、高保真的图像数据压缩技术，对本数据进行压缩。

并在相应软件里实现高分辨率、大区域海量遥感影像数据的快速浏览，与矢量图层进行复合显示。

11、加注地名注记并通过地名注记建立快速的地名索引，可实现大范围遥感影像的浏览查询。

12、要求提供相应软件工具，实现不同时相局部区域影像的同步慢游浏览和同步放大缩小，便于目视比较局部区域城市建设要素的时间变化。

13、要求提供4通道（红外光、红光、绿光、及蓝光通道）多光谱信息，满足植被信息的高精度自动提取、植被景观动态监测的需要。

五、项目的设计思想及可行性技术方案

1、遥感数据源

采用QuickBird卫星影像数据，QuickBird卫星是目前世界上空间分辨率最高的商用卫星，有突出的优越性：

全色分辨率为0.61m，多光谱分辨率为2.44m；1-6天的运行周期。

其特有的分辨率高、失真率低、更新快等突出特点决定了QuickBird在地图制作和更新方面具有其它卫星无可比拟的优势。

据数字全球公司估计在2004～2005年之前空间轨道上不会出现性能与快鸟卫星相当或超过快鸟卫星的商用遥感卫星。

而QuickBird的超大幅宽（16.5公里*16.5公里）和超大硬盘容量保证了它可以在同等天气情况下比之其他高分辨率卫星具有更为明显的采集优势。

QuickBird的60厘米分辨率使之成为目前世界上最高分辨率的商用卫星，也是唯一能满足可与1：

2000规划图进行叠合的卫星数据。

满足可使用该影像确定和定位各种各样特征，例如街道中央线，建筑预定点，停车场等。

成像过程中，由于受地形起伏、卫星姿态、卫星投影方式的影响，影像上的像点会发生偏移（投影误差和倾斜误差）。

因此，要制作高质量、高精度地图，需要进行几何精纠正。

2、数据纠正、入库

处理方法与具体步骤主要包括基础地理数据准备、大地控制点的选取、数字几何精校正、数据融合、图像镶嵌、地名注记与图廓整饰、按照各种不同比例尺出图等内容，总体上以“图像处理与影像制图流程示意图”表示。

1）大地控制点的选取

选好控制点是保证精几何校正质量的基础。

一般选择在图像和地形图上都容易识别定位的明显地物点，如道路、河流等交叉点，田块拐角、桥头等。

利用GPS直接采点（X、Y、Z值）。

控制点要有一定的数量，并且要求分布比较均匀，在GCP的分布上，前边的几个GCP分布范围要广且不要靠近影像边缘，因为越靠近影像边缘误差越大。

最好在不同位置和地面高程处都有GCP分布，特别是地形的最高点和最低点。

图像处理与影像制图流程示意图：

初选控制点后还需进行控制点对匹配精度的检验（该功能由相应的软件模块实现），剔除那些匹配误差超限的像元（误差限额一般定为半个像元以内），必要时补充采集控制点，以保证控制点的数量与质量。

2）数字几何精校正

依据控制点利用相应软件模块对数据进行几何校正，这一步骤包括利用地面控制点（GCPs）找出实际地形，利用DEM消除地形起伏引起的位移，然后对图像进行重采样。

同时计算配准中控制点的误差。

3）数据融合

对QuickBird数据进行融合。

包括选取最佳波段，从多种分辨率融合方法中选取最佳方法进行全色波段和多光谱波段融合，以使得图像既有高的空间分辨率，又有丰富的光谱信息，从而达到影像地图信息丰富、视觉效果好、质量高的目的。

4）图像镶嵌

色调调整是决定遥感图像数字镶嵌质量的另一个重要环节。

需镶嵌的相邻图像，由于成像日期、系统处理条件可能有差异，不仅存在几何畸变问题，而且还存在辐射水平差异导致同名地物在相邻图像上的亮度值不一致。

如不进行色调调整就把这种图像镶嵌起来，即使几何配准的精度很高，重叠区复合得很好，但镶嵌后两边的影像色调差异明显，接缝线十分突出，既不美观，也影响对地物影像与专业信息的分析与识别，降低应用效果。

图像色调调整的方法主要有方差均值法与直方图法。

另外可供采取方法之一就是利用监测区内波谱特性比较稳定的某些地物如清洁水体、裸露土壤、沙滩或水泥建筑物，通过数值分析得出这些地物在某一时相图像各波段的亮度值，并按成像时各波段检测器响应辐射量动态范围数据换算出辐射能量值，以此作为基准在分析得出其他时相图像各波段同类地物的辐射能量值，与基准值一一比较，可得出其他时相图像的辐射水准向基准图像归一化的曲线。

依据此曲线的拟合方程，就能基本上消除照度差异的干扰。

根据图幅分布情况，选出处于工作区中心部位的一幅图像作为镶嵌的基准像幅，然后对上下左右相邻图像进行几何配准，确