福衛二號衛星影像糾正實踐

周曉樂，邵子玉

(遼寧省水土保持局，遼寧沈陽 110003)

遼寧省于2006年開始進行全省第四次土壤侵蝕遙感普查和全省水利工程環境遙感普查，采用2005年6、7月和10、11月時相，以臺灣福衛二號衛星影像的多光譜8 m分辨率數據為底圖，以2 m全色影像和8 m多光譜彩色影像融合后的數據為參考，以“3S”集成技術為平臺，利用地理信息系統軟件，采取人機交互判讀的數字化作業方式，完成了全省土壤侵蝕、土地利用、水庫、河流、城鎮村屯、水田、旱田、林地等的解譯分析，為全省水土保持及水利工程建設提供了大量基礎數據。

1 福衛二號衛星介紹

福衛二號衛星是臺灣于2004年5月發射升空的空間信息探測衛星，系地球同步軌道衛星，距地面高度891 km，基本參數見表1。該衛星本身自主控制，可以實現每天多次重復掃描，數據采集效率高。載有兩個掃描傳感器，一個是拍攝全色(PAN波段，黑白)數據，另一個是拍攝彩色多光譜(MS)數據，能同時拍攝1個全色波段和4個多光譜波段，其中全色(黑白)分辨率為2 m，多光譜(彩色)分辨率為8 m。衛星影像在采集后需要用遙感影像處理軟件進行一系列的糾正處理才能達到應用的級別，目前常用的遙感軟件主要有ERDAS、PCI、ENVI等。臺灣福衛二號衛星影像在大陸地區應用得極少，通過一系列的處理，該衛星影像可滿足水土流失普查、國土監控、環境控制、災害評估、土地利用和農業規劃等領域的應用需求。

表1 福衛二號衛星基本參數

2 遙感數據處理

2.1 軟件選擇

影像糾正我們選用的是PCI軟件。PCI軟件的10.0版本已經將福衛二號衛星的軌道參數編入其中，這就大大減少了對原始影像輻射糾正的工作量，同時在操作上PCI 10.0的正射模塊糾正福衛二號影像比較迅速。

2.2 糾正流程

本次衛星影像糾正共包括6個步驟，分別是拼接地形圖并配準地形圖坐標;參照拼接后的地形圖對2 m分辨率的全色影像進行二維幾何糾正;參照DEM數字高程圖對已進行二維幾何糾正的2 m分辨率全色影像進行正射糾正;參照2 m分辨率的已進行二維幾何糾正和正射糾正的全色影像對8 m分辨率多光譜影像進行幾何糾正;對進行上述步驟后的2 m分辨率全色影像和8 m分辨率多光譜影像進行彩色融合;根據不同的使用需求對衛星影像進行局部增強和數字鑲嵌。

(1)拼接地形圖并配準地形圖坐標。此項工作主要目的是為了糾正地形圖在掃描過程中由褶皺產生的誤差。地形圖的拼接和配準等工作所采用的軟件是北京吉威數源軟件開發有限公司開發的空間數據加工套件Geoway DRG。操作步驟是:①先將紙質地形圖通過工程掃描儀輸入計算機，圖像格式可以是BMP格式，也可以是TIF的非壓縮格式或LZW壓縮格式，圖像顏色可以是2色、16色、256色或真彩色;②從文件菜單中打開圖像文件，在加工菜單中輸入地圖信息，包括圖幅名稱、圖幅編號、掃描分辨率以及坐標系統，并依據其配準圖廓左下角，大致建立圖像與實際坐標的對應關系;③選擇加工菜單中的自動采集公里網格點，按照加工設置中的控制點采集間距自動采集公里網格點以及與圖廓線的交點;④采集完所有控制點后，選擇加工菜單中的精度評估，可以得到各控制點的殘差以及均方差;⑤系統按誤差大小對控制點排序，并定位到原圖上，可手工對誤差較大的控制點進行編輯或刪除;⑥選擇加工菜單中的分格網精糾正，對控制點構建三角形并進行分格網精糾正，在加工設置中可以選擇糾正圖采用原圖分辨率，也可以自定義地面分辨率或像素分辨率;⑦從文件菜單中選擇另存格式為*.tif或*.bmp，保存糾正后的圖像文件。

在地形圖糾正完成后選擇圖像中的圖幅拼接，進行地形圖的拼接。地形圖拼接的目的是讓地形圖的圖幅大于并包含對應位置的衛片，便于下一步的幾何糾正操作。遼寧省1∶5萬地形圖共480幅，糾正拼接地形圖是糾正衛片的基礎，地形圖糾正質量的好壞與以后解譯衛片的精度高低有直接的關系。

(2)參照拼接后的地形圖對2 m分辨率的全色影像進行二維幾何精糾正。福衛二號衛星影像的原始數據為TIF格式，頭文件為DIM格式，可用寫字板或記事本直接讀取。在幾何糾正前須先讀取頭文件信息進行系統輻射糾正，PCI軟件已經將衛星的軌道信息載入其中，所以系統輻射糾正過程很簡單，用PCI 10.0的Ortho engine模塊調出影像，系統即可自動完成輻射糾正的步驟。

輻射糾正完成后，應用GCP WORK模塊進行二維幾何精糾正。步驟是:①先調入待校正的目標影像和拼接后的地形圖;②進行控制點的采集，在采集控制點的過程中要注意控制點在整幅圖中分布均勻，各種高程區域內都要有控制點，對于每景面積24 km×24 km的福衛二號衛星影像，采集20個控制點就可以滿足糾正需要;③糾正后將控制點存儲為TXT格式，便于以后調用。

(3)參照DEM數字高程圖對已進行二維幾何糾正的2 m分辨率全色影像進行正射糾正。將每景衛片對應的DEM圖拼接成比衛片稍大的小塊，利用PCI 10.0提供的正射糾正模塊，依次調入需正射影像、DEM圖、TXT格式的糾正點文件。采用的投影系統為Gauss－Krueger投影，坐標系統為WGS－84，正射糾正后的圖像具有高精度的地理坐標，并且地物幾何信息紋理清晰，可直接進行解譯。

(4)參照2 m分辨率的已進行二維幾何糾正和正射糾正的全色影像對8 m分辨率多光譜影像進行幾何糾正。依據2 m分辨率正射糾正全色影像對8 m分辨率多光譜影像進行幾何糾正，目的是使多光譜影像具有和全色影像相同的坐標系統和投影系，便于融合，也可以單獨作為影像進行解譯。糾正方法與幾何糾正2 m分辨率全色影像的方法相同，只是參考數據由原來的地形圖改為2 m分辨率全色影像。

(5)對進行上述步驟后的2 m分辨率全色影像和8 m分辨率多光譜影像進行融合。福衛二號的8 m分辨率影像與2 m分辨率影像彩色融合效果較好。采用的融合工具是PCI 10.0提供的PAN SHARPENING算法。影像融合可以使衛星影像既具有2 m分辨率全色影像的清晰度又具有8 m分辨率多光譜影像的色彩，多用于解譯城市地形。

(6)根據不同的使用需求對衛星影像進行局部增強和數字鑲嵌。以行政區或小流域為單元對衛片數據進行解譯分析。福衛二號衛片數據每景規格為24 km×24 km，每一景不一定就正好包含一個行政區域或者小流域，所以應根據需要進行數字鑲嵌拼接或按一定規格切割，以方便衛片解譯分析。鑲嵌采用 Ortho engine模塊下的mosaic only工具，切割利用FOCUS模塊下的clipsub setting工具。

3 應用成果

經過鑲嵌切割后的衛片就可以進行進一步的解譯了，主要采取人機交互判讀的數字化作業方式，在計算機上直接繪制土壤侵蝕圖斑界線，并根據水利部《土壤侵蝕分類分級標準》界定圖斑的侵蝕強度和侵蝕類型，形成數字化的土壤侵蝕圖層及相應的屬性數據庫。經過GIS地學演算，以及全省300多個野外GPS定點校驗，最終形成了全省及各市、縣、流域水系、河流流域、小流域、水庫上游以及不同地類等各個管理層面的土壤侵蝕分布信息。目前該項目已通過驗收，并發布了《遼寧省第四次土壤侵蝕遙感普查成果公報》。

4 結語

后期對糾正后的福衛二號衛星影像的一系列應用實踐表明，衛星影像能夠達到預期效果，能夠滿足遼寧省對水土流失程度和水利基礎設施遙感普查的要求。在實踐中我們發現，該影像在影像處理和糾正過程中有許多需要注意的問題:①由于軌道設計問題，遼寧西部即東經120°以西地區側傾角接近45°，)地物的傾斜度較大，經過正射糾正能有所改觀，解譯判讀時需要仔細校勘;②此次糾正數據量極大，需要能處理海量數據的圖形工作站及存儲器支持;③福衛二號衛星數據接受順暢，衛片質量良好，但能為其提供糾正模型的軟件并不多，如使用ERDAS、ENVI等軟件在糾正過程中需要輸入軌道參數;④由于遼寧省此次所用的數據為2005年6、7月和10、11月時相，跨夏秋兩季，植被生長狀況及土壤含水量變化較大，導致圖像色彩差別明顯，即使利用PCI軟件的colors balance工具也不能將色彩調成一致，這樣在判讀時就需要根據時相建立不同的解譯標志。