省級影像控制點數據庫設計與實踐

胡 菡，范學峰，張 亮

（1.湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

建設省級影像控制點數據庫不僅有利于影像控制點資料的管理、維護、查詢與共享，更有利于遙感影像的多行業、多場景深入應用，使衛星遙感能更好地服務于自然資源監管、生態保護、經濟社會發展。因此本文將討論如何為影像控制點數據管理與維護提供統一的標準，以便更好地實現影像控制點數據資源共享和信息服務社會化。

1 影像控制點

1.1 影像控制點的定義

影像控制點（Image Control Point）是為滿足幾何校正、投影變換和配準等需要，通過野外實地測量或在已有基礎地理信息成果上提取，用于建立幾何變換函數的參考點。狹義上是地面上具有平面和高程控制意義的點，廣義上是精確表達空間位置的地理信息數據；其包含的內容可以歸納為空間位置坐標、點位特征描述說明、輔助信息、點位周圍局部范圍的控制點影像塊[1]。

1.2 影像控制點的類型

1）從獲取方式上，影像控制點可分為外業實測控制點和內業圖解控制點。

傳統的控制點多為外業實測點，通常具有精度高的特點，但其與影像間連接的同名點需要人工手動選取，操作人員的技術水平、熟練程度等會影響控制點的精度。同時，外業實測控制點獲取方式較復雜、成本高、周期長，重復利用性較差[2]。

內業圖解點獲取方便、成本低、周期短，具有幾何特征明顯、穩定性好、易匹配的特點。通常可同步獲取點位周圍局部范圍的控制點影像塊，更利于控制點與影像間建立連接。但其精度受限于資料DLG、DOM等，無法和外業實測控制點的精度相媲美。

2）從坐標類型上，控制點可分為平面控制點，即具有平面坐標值的控制點；高程控制點，即具有高程值的控制點；平高控制點，同時具有平面坐標和高程值的控制點。外業實測控制點一般具有平面坐標、高程值，內業圖解控制點一般具有平面坐標值。

隨著高精度遙感影像需求日益增大，遙感影像的不同應用場景對影像控制點的要求也不盡相同。因此很多學者提出建立影像控制點數據庫，尤其是區域性、全國性的影像控制點數據庫，作為解決反復利用控制點資料行之有效的辦法。

1.3 影像控制點可含信息

影像控制點雖然名為“點”，但其包含的信息絕不止是點，其包含的信息可歸納為：控制點空間位置信息、點位特征信息、點位周圍影像塊、輔助信息等。

1）控制點的空間位置信息，不僅指點位本身的坐標值信息，還包括其所在行政區域、1∶10 000或1∶50 000圖幅等索引信息。

2）控制點的點位特征信息，主要用來描述控制點的特征、特性，便于其查找、使用，包括控制點點號、獲取方式、采集時間、控制點有效性、類型、坐標成果來源、坐標系、點位說明、實地照片等。

3）點位周圍影像塊，控制點影像塊可從采集的遙感數據源中裁切獲得，是以控制點位置為中心的矩形影像數據塊。使用控制點影像塊進行遙感影像幾何糾正時，可采用多源影像匹配的算法自動選取控制點，并在目標影像上實現匹配定位，是實現遙感影像快速幾何糾正的主要途徑。為了滿足不同規格的遙感影像糾正、配準需求，可以為一個影像控制點制作多個影像塊，避免影像塊分辨率太低或太高，而導致控制點影像的特征在目標影像上根本不存在而無法順利實現匹配的情況[3]。

空間位置信息、點位特征信息、點位周圍影像塊、輔助信息等構成了影像控制點。利用積累下來的大量影像控制點統一入庫，建立影像控制點數據庫，不僅改進了控制點資源的管理方式，也提高了控制點的使用效率，同時可以大大提高多源遙感影像的匹配、糾正速度[4]。

2 影像控制點數據庫

2.1 數據庫內容及結構

根據本文1.3 節對影像控制點可含信息的分析，影像控制點數據庫內容應涉及如下幾個方面，同時應符合影像控制點及其使用的相應要求。

1）影像控制點空間位置數據：以點要素的方式存儲，可采用File GeoDatabase格式。

2）影像控制點點位成果：一般以點位成果表的形式存儲，可采用Excel 格式，內容應包含點號、獲取方式、類型及等級、采集時間、時效性、經緯度、大地高等基本信息。點位成果表一方面便于影像控制點的檢索和管理，另一方面可作為錄入矢量信息的數據來源。

3）影像控制點點位信息：一般以每個控制點對應一張點位信息表的形式存儲，可采用Excel 格式，內容應包含影像控制點點號、編號、所在行政區、獲取方式、類型、布點員、測量員、檢查員、測量單位、采集時間、坐標成果來源、坐標系、坐標值、控制點Ⅰ級圖形圖像（點位影像索引圖）、實地照片Ⅰ（點位實地觀測時全局拍照）、控制點Ⅱ級圖形圖像（點位局部放大影像圖）、實地照片Ⅱ（點位實地觀測時局部拍照）、點位說明及備注信息等。點位信息表用來記錄影像控制點的基本信息和屬性數據，是影像控制點數據庫的重要內容之一。

4）控制點影像塊：控制點影像塊從采集的遙感數據源中裁切，可采用非壓縮TIFF 格式，裁切時以控制點位置為中心點，裁切固定規格的影像塊（如：511像素×511像素），并盡可能把實地照片拍攝的主體地物置于裁切范圍中間。如果具備多種分辨率的遙感數據源，可裁切多種分辨率的控制點影像塊，以備不同應用場景需求。

2.2 控制點編號方式

要將影像控制點統一管理起來，就必須對收集到的影像控制點成果按統一規則進行編號。為了盡可能體現影像控制點的信息，編號可由獲取方式、類型、時效性、行政區劃、采集時間及序號組成。

2.3 數據庫管理系統

根據影像控制點及影像控制點數據庫的管理、使用需求，影像控制點數據庫管理系統需要具有影像控制點數據的錄入、修改、刪除，影像控制點查詢、統計、輸出，圖層控制、數據瀏覽、符號化，用戶管理、數據備份等功能。

1）數據錄入：數據錄入前，按2.1 和2.2 的描述對其進行標準化處理。數據標準化處理的目的是把不規則的影像控制點數據轉換為規則的符合數據入庫標準的數據。對已經空間化的控制點，采用程序批量錄入控制點位置信息；對未空間化的控制點，利用控制點坐標成果表等已有信息，批量或逐條處理、錄入矢量點數據；并按統一規格制作影像控制點點位成果表、點位信息表、控制點影像塊等必要附件。數據錄入完成后應記錄數據入庫日志。

2）數據查詢統計：包括按編號、等級、獲取方式、類型、時效性、行政區劃等信息的影像控制點查詢及統計；按坐標范圍、圖形范圍、索引信息的影像控制點查詢及統計；基于其他信息的模糊查詢、精確查詢。

3）數據輸出：根據查詢條件獲得相應數據及附件后輸出；根據需求輸出統一規格的相應圖表。

4）數據瀏覽：放大、縮小、移動、全圖顯示、回退至上一窗口、分圖層勾選等常規地圖瀏覽功能；可定制的數據查詢瀏覽；可定制的符號化。

5）數據更新：影像控制點的各類屬性信息更新；影像控制點點位信息表等附件內容更新；影像控制點的控制點影像塊更新；自動記錄影像控制點更新痕跡。

6）數據備份：增量備份；定期全庫備份。

7）用戶管理：用戶賬號管理、用戶權限管理、日志管理等，保障影像控制點數據庫的安全運行。

3 應用實踐

3.1 影像控制點數據庫建立

根據以上分析及研究，構建我省影像控制點數據庫，并在此基礎上，對多年來積累的控制點數據進行整理入庫。

選取項目來源明確，成果真實、準確，可長期保存，其他項目可借鑒性好的控制點數據，按入庫預處理、排查失效和錯誤控制點、完善控制點屬性信息、制作控制點影像塊、整理控制點點位信息表、點位成果表及其他資料的流程完成影像控制點入庫。利用第一次全國地理國情普查、地理國情監測、第三次全國國土調查等項目完成的覆蓋湖北全省的0.5 m、1.0 m、2.0 m分辨率數字正射影像制作控制點影像塊。這些影像均采用統一的數學基礎：CGCS2000坐標系，1985國家高程基準，高斯-克呂格投影。具體入庫流程如圖1。

圖1 影像控制點入庫流程

3.2 影像控制點的應用

在省域范圍內選取廣水、曾都兩地的遙感影像作為生產1∶10 000 DOM 實驗區，利用已建立的影像控制點數據庫，根據衛星影像提供的精確RPC參數，必要時配合已有DEM 成果等資料，進行正射糾正處理。而后通過外業檢核對實驗區DOM 成果進行精度檢測，驗證了影像控制點數據庫的可靠性[5]。

該省級影像控制點數據庫陸續在地理國情監測、自然資源監測、耕地“非農化”、2022 年第三季度耕地監測、衛星遙感影像快速生產等重大項目中作為遙感影像糾正處理的控制資料和檢查依據發揮了重要作用[6-7]。

4 結 語

本文立足于當前自然資源監管、各行業應用對遙感影像日益旺盛的需求，以提高遙感影像處理效率，管理、利用歷史控制點資料為目標，討論了影像控制點數據庫建設的必要性。在充分探討影像控制點的含義、類型、所需信息、應用方向的基礎上，設計并建立了省級影像控制點數據庫。并對多年來我省積累的控制點數據進行整理入庫，通過實驗區應用，驗證了影像控制點數據庫的可靠性。