基于多源遙感影像的省級天地圖更新技術研究

王銀花

（1. 福建省基礎地理信息中心，福建 福州 350003）

機構改革和職能調整賦予了天地圖·福建公共服務平臺更多的使命和責任，為切實履行“兩統一”職責[1-3]，需要天地圖·福建公共服務平臺做好基礎數據服務，加快電子地圖數據更新，特別是影像電子地圖的更新。做到每月一更新，保證影像數據的時效性，為自然資源調查、監測、評價、監管、執法提供現勢性最優，覆蓋面積全的衛星遙感底圖數據服務。因此，如何利用多源、海量的遙感影像數據，快速生產更新現勢性最優且清晰的影像電子地圖，并及時發布到天地圖·福建公共服務平臺，對自然資源業務順利開展具有非常重要的作用。

1 多源影像電子地圖更新面臨的問題

目前，天地圖·福建公共服務平臺影像電子地圖數據源主要包括自然資源部國土衛星遙感應用中心、中國資源衛星應用中心、國家衛星海洋應用中心提供的公益性影像以及部分商業采購，公益性影像類型包括高分系列衛星、資源系列衛星、海洋衛星等，商業采購影像類型包括高景一號、吉林一號、北京二號等，空間分辨率為5 m至0.5 m，具體如表1 所示。影像數據來源廣，類型多，現勢性不同，影像質量也存在差異，重疊度大。面對眾多的影像資源，在多景影像覆蓋區域，如何確定影像顯示的優先順序，確保影像電子地圖上每個區域表示的影像都是當前影像質量清晰、現勢性最優的影像。如何正確處理影像結合圖，使用戶能夠在天地圖·福建公共服務平臺上準確查詢到與當前影像電子地圖相匹配的影像信息，是當前影像電子地圖更新面臨的兩大問題，也是本文研究的關鍵技術。

表1 天地圖·福建影像數據來源情況

2 多源影像電子地圖更新關鍵技術研究

2.1 影像電子地圖更新技術路線

天地圖·福建公共服務平臺影像電子地圖包括11～18級，其中11～16級采用的是分辨率為2.0～2.1 m的中分辨率影像數據；17～18級采用的是分辨率為0.8～0.5 m的高分辨率影像數據，對應顯示比例尺如表2所示。

表2 天地圖·福建影像電子地圖級別和顯示比例尺

本文以月度版17～18 級影像電子地圖更新為例，介紹天地圖·福建影像電子地圖更新技術方法，具體的更新技術路線如圖1 所示。首先是數據選取和預處理，選擇分辨率優于0.8 m 的影像數據最為數據源，并進行影像質量把控、統一坐標、色彩均衡等預處理；然后利用ArcGIS軟件創建鑲嵌數據集，即新建一個GDB數據庫，在數據庫中新建鑲嵌數據集，將預處理后的影像數據添加到鑲嵌數據集中；接著構建鑲嵌數據集中影像數據的輪廓線，確定數據鑲嵌方法后，對云量比較多的影像、有黑邊以及接邊痕跡明顯的影像區域進行輪廓線編輯處理，以保證圖面不存在黑邊，云層遮蓋等現象，且整個圖面自然過渡；最后進行電子地圖瓦片裁切，導出最后處理完后的輪廓線并生產處理成與影像地圖匹配的結合圖，并將地圖瓦片和結合圖數據發布到天地圖·福建公共服務平臺供用戶調用和查詢。

圖1 影像電子地圖更新技術路線圖

2.2 多源影像數據鑲嵌方法研究

根據目前自然資源調查、動態監測以及違法圖斑核查等執法業務需要天地圖·福建提供最新的影像電子地圖作為核查依據，對影像電子地圖的現勢性要求比較高，相同區域內有多景不同時相的影像數據重疊時，影像清晰的情況下，需以影像現勢性為優先。因此，在利用ArcGIS制作影像數據鑲嵌集的時候，需要對其影像數據鑲嵌方法進行研究分析，并選擇合適的鑲嵌方法，使影像數據按照現勢性從新到舊進行鑲嵌。ArcGIS鑲嵌集的鑲嵌方法主要有以下8種：

1）None：是指根據鑲嵌數據集屬性表中的ObjectID 對柵格進行排序。

2）Center：顯示距離屏幕中心最近的影像。

3）NorthWest：顯示距離鑲嵌數據集邊界西北角最近的影像。

4）LockRaster：選擇要顯示的特定柵格數據集。

5）ByAttribut：基于屬性表中的字段顯示影像并設置影像優先級。

6）Nadir：通過最近視角到零視角的視角范圍來顯示柵格。

7）Viewpoint：顯示距離所選視角最近的影像。

8）Seamline：使用接縫線在影像間進行平滑過渡[4]。

通過每種鑲嵌方法的分析對比發現，除了ByAttribute 鑲嵌方法外，其他7 種鑲嵌方法都是軟件自動控制鑲嵌規則，不能進行人為干預，而ByAttribute 鑲嵌方法可以根據需要選擇屬性表中的字段，根據字段值進行設置影像顯示的優先順序。具體鑲嵌原理如圖2 所示，根據輪廓線中的某個屬性字段值進行升序或者降序的順序，從上到下依次進行鑲嵌。在影像鑲嵌數據集中構建輪廓線以后，會自動生成多個屬性字段，其中ZOrder 屬性字段是一個空的數值型字段，可將影像數據顯示的優先級權重信息存儲在這個字段中。權重信息可以根據影像的現勢性新舊從1 開始，從小到大依次排序，或者從大到小排序，然后在影像圖層屬性中，鑲嵌方法選擇ByAttribute，排序字段選擇ZOrder字段。如果ZOrder屬性值是按照現勢性新舊從小到大排列的，則勾上升序選項，如圖3 所示。相反，如果ZOrder屬性值是按照現勢性新舊從大到小排序，則不需要勾選升序選項，按照降序的方式進行鑲嵌。通過這2 種排序方式都可以實現鑲嵌數據集中的影像按照現勢性新舊依次疊加顯示。本文采用的是升序排列法。

圖2 ArcGIS影像鑲嵌原理圖

圖3 影像鑲嵌方法設置示意圖

2.3 結合圖數據生產方法研究

影像電子地圖發布服務之后，為了使用戶能夠查詢到圖上任意位置影像的現勢性、影像類型等基本信息，需要發布與之相吻合的影像結合圖服務。在鑲嵌數據集里，影像重疊區域雖然只顯示最上層的影像，但是影像輪廓線是相互重疊的，在進行影像信息查詢的時候，影像重疊區域會有多景影像信息。為了準確查詢當前影像電子地圖影像信息，需要研究如何利用鑲嵌數據集的輪廓線生產結合圖數據，如圖4 所示。通過分析影像數據的鑲嵌方法，可以得到影像重疊區域內，輪廓線的疊加情況如圖4 左邊所示，需要進一步處理成圖4 右邊所示，即多景影像重疊區域，結合圖要素面之間沒有重疊，只保留最上層的影像數據的結合圖信息。

圖4 結合圖正確處理示意圖

根據結合圖數據要求，天地圖·福建影像電子地圖的結合圖生產方法是采用FME數據處理軟件，利用多個函數搭建數據批處理模塊，對鑲嵌數據集輪廓線進行快速處理，生成影像電子地圖的結合圖。具體處理方法如圖5所示。

圖5 結合圖處理流程圖

首先利用AreaOnAreaOverlayer面疊置運算，將所有輸入要素互相求交并輸出結果[7]，如圖6所示，假設將左圖藍色要素和橙色要素進行面疊置運算處理后，將得到右圖藍色面要素、橙色面要素以及黃色要素列表c，黃色面要素列表c包含2個面要素。

圖6 AreaOnAreaOverlayer面疊置運算示意圖

通過面疊置運算之后，將所有輸出要素利用ListSorter 函數進行排序，將含有一個以上面要素的要素列表按照屬性ZOrder 字段進行升序依次向下疊加排序，取第一個要素面作為相交部分的要素，即取ZOrder 值最小的面要素，刪掉列表后其他的要素，解決消除面要素重疊問題。然后通過Dissolver函數，將剩余要素中ZOrder 值相同且名稱一樣的相鄰要素進行合并，最后利用FeatureMerger 對多余字段、重復字段進行刪除、合并和整理，最終得到沒有重疊，且與影像電子地圖所顯示的影像數據吻合的結合圖數據。

3 結 語

本文研究了基于ArcGIS鑲嵌數據集處理多源影像數據，并對影像鑲嵌數據集鑲嵌方法進行了分析，提出了利用FME軟件中的函數搭建數據批處理模塊處理結合圖數據的方法。解決了面對多源、海量的影像數據源，影像電子地圖更新中影像設置顯示優先級問題和結合圖數據不準確問題，實現了在影像電子地圖生產過程中，按照現勢性新舊顯示影像，保證全省范圍內所用的數據是當前可用于更新的現勢性最好的影像數據，同時也實現了結合圖的快速處理。該研究成果應用于天地圖·福建月度影像電子地圖更新，提高了影像電子地圖更新效率，保障月度影像電子地圖的時效性，及時為自然資源監測、執法等業務提供最新的底圖服務。