三調影像底圖制作主流程及問題解決方法探討

吉淑花

（1.甘肅省地圖院，甘肅 蘭州 730000）

2018 年3 月，國家基礎地理信息中心負責組織實施的全國第三次土地調查正射影像生產項目中，我部門承擔了甘肅省天水市張家川回族自治縣、清水縣、麥積區和隴南市全境的三調影像制作任務。前期開始的技術規范、技術設計和相關生產軟件的學習，進行試生產，提早發現生產過程中可能遇到的一些問題，并找到有效的解決方法。任務區所覆蓋的主要地形為山地，衛星影像陰影遮擋較為嚴重，且受1∶10 000 DEM 現勢性的影響，部分地形變化較大的地方存在變形等問題。數據生產依據《甘肅省第三次全國土地調查正射影像生產專業技術設計書》。

1 數據準備

根據衛星影像結合表，準備覆蓋全部任務范圍的GF2 號原始影像和1∶10 000 DEM、DOM 數據（如圖1 所示），分析區域內1∶10 000 數據是否全部覆蓋[1]，若小范圍的邊角地帶無1∶10 000 數據，就用1∶50 000 DEM 和地理國情普查影像底圖替代[2]；非1∶10 000 地形圖覆蓋區域原則上按1∶25 000 地形圖成圖精度進行正射影像生產[3]。將任務區范圍內數據拷貝整理、轉換格式，為區域網平差和正射糾正作準備。

圖1 任務區涵蓋數據范圍

1）在Arcmap 軟件下所在的圖層右擊打開屬性表，在表選項菜單下以*.txt 格式導出對應圖層JH（景號）、圖號所在列的記錄。

3）原始數據處理，將 GF2 號衛星影像解壓縮到當前文件夾，DEM 將所有的數據復制在同一文件夾下，在ArcMap 軟件下利用工具箱下的柵格→柵格數據集→鑲嵌至新柵格，把DEM 數據合并成一個*.img 或者*.bil 格式的數據。參數設置如圖2 所示。

圖2 DEM 拼接參數設置

2 基于PixelGrid軟件區域網平差

在PixelGrid 軟件下進行影像數據預處理，同名點匹配，若相鄰景同名點位置中誤差超限，應人工量測同名點，直至滿足精度要求，輸出平差結果，用于CIPS 數據處理系統下的正射糾正。

2.1 在衛星影像處理模塊下[4]

選擇【影像預處理】→衛星影像數據分析→國產ZY02C，GF1/2，遙感14，實踐9 號系列衛星影像數據分析（與衛星影像相匹配的子菜單），進行衛星影像數據預處理。指定GF2 號影像所在的文件夾路徑點擊菜單“生成RPC 和GSD 文件”完成預處理。彈出“區域網平差”對話框，選擇“否”。

2.2 建立平差工程

選擇【正射影像生成拼換】→基于已有地理信息的影像快速糾正→新建工程文件。選擇工程目錄→添加指定目錄下影像：選擇GF2 號影像所在文件夾→數據坐標系統選擇：2000 大地坐標系-3 度（實際按DEM、DOM 數據所在的投影帶）→DEM、DOM 數據類型選擇：標準圖幅的DEM+DOM 數據→根據影像范圍自動添加正射影像（選擇1∶10 000 DOM 數據所在的文件夾）→根據影像范圍自動添加數字高程模型（選擇1∶10 000 DTM 數據所在的文件夾）→變化程度選擇：大（地物變化較大）→衛星影像類型選擇：國產ZY02C，GF-1/2 衛星影像→多光譜影像路徑選擇→輸入全色/多光譜影像分辨率（0.8/3.2）。

2.3 影像匹配

打開平差工程，【數據處理及結果檢查】菜單下，按照子菜單順序依次處理。金字塔影像及特征提取→檢查影像初始定向（同名點位置）→自動匹配控制點→檢查影像自動匹配結果→多光譜影像自動定向→輸出工程中影像的RPC 文件。輸出的*計算后.rpc 文件擴展名批量更名為*_rpc.txt。

3 CIPS集群式數據處理系統下正射影像流程化制作

利用原始GF2 號影像、DEM（*.img），加載PixelGrid 軟件下輸出的平差結果，設置各流程處理參數，工作流模塊批量處理，省去單步流程執行中間等待時間，降低多環節人為干預的出錯幾率。

3.1 數據準備

原始衛星影像、更新后RPC 文件*_rpc.txt 和地形數據DEM，將拼換成一個*.img 或者*.bil 格式的DEM 數據設置投影，關于大地高轉橢球高，平差時控制點成果是大地高，大地高模型和大地高DEM 是套合的。平差模型已經是正常高，DEM 也要用正常高，故不用轉換。

3.2 新建工程

加載影像→設置原始投影、目標投影、分辨率、視角→創建模型。原始影像設置原始投影選擇WGS84，目標投影和DEM 的原始投影一致。原始影像范圍必須要和DEM 有交集，否則工程執行時提示“地形數據與原始影像不相交”。

3.3 構建融合模型

選擇“影像”自動配對完成后創建模型。如果不能自動匹配，可能是全色和多光譜投影不一致。

3.4 工作流管理

業務處理前參數設置，正射糾正二：雙三次；影像融合：pansharpen；有效范圍提取：角模式，其他默認ImageRangeRefineFlow；波段計算：3 波段，組合（3 2 1）ChannelCombine；16 位轉8 位：單通道，其他默認ImageBitTransformFlow；勻光勻色α：自動勻色，其他默認DodgingWallisFlow，基于全國色彩庫，對影像采用相應地區的色彩信息進行空間勻色，無需提供

勻色模板。擴展參數：全部選擇創建金字塔，便于檢查result 文件夾下的分步成果，其他均默認。

3.5 工程執行

任務執行完成查看結果和精度檢驗，若精度超限應查找原因并重新從出錯環節開始流程化處理。

4 鑲嵌成圖

單景正射影像制作完成，再進行影像鑲嵌[5]。自動鑲嵌線規劃生成支持兩種方法：①鑲嵌規劃即人工規劃；②自動規劃。鑲嵌支持4 種方法：①鑲嵌成圖；②自動鑲嵌；③自動鑲嵌二；④硬鑲嵌。設置成圖分辨率和比例尺，其他參數默認。

4.1 鑲嵌成圖MosaicFlow

基于給定的鑲嵌網，可以是自動規劃的鑲嵌網或者是鑲嵌規劃產生后編輯鑲嵌線，需提前生成鑲嵌網，且不修改拓撲網。人工編輯的結果無法實時顯示，但是可以看到編輯鑲嵌后的圖像。基于人工編輯的鑲嵌網成圖時，需耗費大量時間。

4.2 自動鑲嵌AutoMosaic1Flow

基于給定的鑲嵌網，在處理時該鑲嵌網會自動更改。在自動尋址的基礎上進行鑲嵌線編輯，減少人工編輯量。

4.3 自動鑲嵌二

自動生成柵格拓撲，不需要提前準備鑲嵌網，且不修改拓撲網，適用于對圖面質量要求較低的情況。

4.4 硬鑲嵌（不需要鑲嵌網）

根據影像重疊關系直換拼換。成果拼痕明顯，但處理效率較高。

推薦方法：影像質量較好無云，選自動鑲嵌二；影像質量一般無云，選自動規劃→自動鑲嵌；影像質量較差有云，選自動規劃→自動鑲嵌→人工鑲嵌線編輯→鑲嵌成圖。

鑲嵌網如下圖：圖3a 為軟件自動生成鑲嵌線，圖3b 為人工編輯后鑲嵌線。沿線狀地物編輯鑲嵌線，使相鄰景之間無明顯拼痕過渡更自然，減少修改影像的工作量。

圖3 鑲嵌線軟件自動生成和人工編輯后對比圖

5 影像檢查與修改

正射影像質量主要從平面精度和圖面質量兩個方面進行控制，快速有效地解決常見問題，為后期土地調查和圖斑分類提供高質量的影像底圖。

5.1 精度檢查

利用控制點檢驗影像平面精度，在ArcMap 軟件下將控制點的*.shp 文件和正射影像疊加在一起如圖4a、4b，找到點號對應的小影像進行對比，量測平面X、Y方向的差值，檢查一定數量的點計算中誤差。

圖4 地形變化點和地形微變點影像精度檢測

5.2 圖面檢查

1）最小外換矩形無效數據區域RGB 值不為（0,0,0）。按技術設計書要求，切線至最小外換矩形之間沒有影像數據的區域像素RGB 值設為（0,0,0）。縣域范圍外擴100 m 裁切輸出時NoData 值未填寫或填寫255 都是不符合規范要求的。利用DEMEdit 軟件下DOM 轉換的功能，在左下角“無效值”選項輸入0，可修改此問題。

2）相鄰景之間拼痕、色彩差異、線狀地物錯位如圖5a 所示。借助其他圖形處理軟件Adobe Photoshop CS6[6]，設置好羽化值，選擇其中一景沿線狀地物一側分隔后局部替代如圖5b 所示。

3）變形。主要有橋梁道路變形及地形變化較大區域與已有地形數據不套合造成不同程度的扭曲變形如圖6a 所示，在Adobe Photoshop CS6 軟件下用濾鏡工具下的液化功能，進行局部修改如圖6b 所示。

4）影像拉花。如圖7a 分析影像拉花的主要原因是衛星側視角和DEM 精度的影響[7]，解決這類問題通常利用不同時段分發的影像進行局部替代，影像獲取季節、側視角不同，陡峭位置正射影像成果有明顯差別，替代影像須保證時相性，如圖7b 所示。

5）陰影遮擋。影像側視角和獲取影像的季節等因素造成的山體黑影問題如圖8a 所示，標記相應的位置作為影像質量不合格區域上報。待下發質量合格的原始影像，生產單景正射影像，檢驗精度，局部新鑲嵌替代如圖8b 所示。

圖6 線狀地物變形修改前后對比圖

圖7 影像拉花修改前后對比圖

6）相鄰縣域換邊超限。按規范要求相鄰縣域（含不同省間）換邊限差不超過5 m。換邊超限的主要原因是使用的原始數據時相不同、生產軟件及人員等因素形成的單景正射影像精度不一致。修改換邊問題，首先選擇時相最新的影像，其次檢驗單景影像的平面精度，選擇時相和精度均滿足要求的單景影像按縣域外擴100 m裁切，并鑲嵌到參與換邊的縣域正射影像成果中。

圖8 陰影遮擋修改前后對比圖

6 結 語

探討了第三次全國土地調查正射影像制作主要流程和質量檢查中發現的主要問題及解決方法，三調正射影像成果按縣域分幅數據量較大，處理和修改起來費時費力，筆者將完成此項目的技術流程做了系統闡述，在現階段的生產中行之有效,一定程度上提高了解決問題的效率。更優化的流程和方法在今后的生產過程中需進一步摸索總結，積累大數據量生產正射影像圖的經驗，不斷提高生產效率和數據質量。