QuickBird遥感影像在水库土地淹没调查中的应用

1、QuickBird 影像在水库淹没土地利用现状更新中的应用栾有昆 王 冲(中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院摘 要:本文叙述利用 QuickBird 卫星影像数据,采用 3S 技术方法,在 Erdas 、 Mapgis 等软件 的支持下,对某一水电站水库 1:10000土地利用现状图进行更新的方法和精度分析,其方法具 有较高的精度和实用性。关键词:QuickBird 卫星影像;影像处理;土地利用现状;更新;1 引言随着社会经济的快速发展, 要求各种类 型地形图成图和更新的周期大大缩短, 现势 性要求越来越迫切。如何经济、快速、准确 地更新地形图是测绘工作者面临的重要课 题。目前,地形图更新的方

2、法有很多种,如 全野外测量、 航空摄影测量、 正射影像修测 等,根据不同的目的、用途及精度要求,选 择不同的修测方法。 由于传统的地形图成图 和更新主要采用全野外测量或航空摄影测 量方式, 其生产周期过长, 存在更新不及时、 现势性差的局限性, 因此传统的更新方式不 能适应当前快速获取基础地理要素变化数 据资料的要求。 现今的遥感卫星可以提供高 分辨率遥感影像, 利用其进行地形图测量及 各种专题图测量的技术也日益成熟, 正成为 地理空间信息数据采集、 地图生产所依赖的 重要数据源。本文以一水电站工程的水库淹没区土 地利用现状更新调查项目为例,介绍采用 QuickBird 高分辨率卫星影像数据进

3、行土地 利用现状更新调查的方法、技术路线、实施 过程及精度情况。2 项目概况2.1水电站概况项目所属水电站为堤坝式开发, 拦河大 坝为心墙堆石坝, 最大坝高 356m 。 电站装机 容 量 4550MW , 多 年 平 均 发 电 量 195.52×108kW·h。水库正常蓄水位 2150m 时 , 回 水 长 度 约 162km , 水 库 总 库 容 163.43×108m 3,调节库容 105.12×108m 3, 库容系数 26%,具有多年调节能力。2.2 数据源(1收集了电站水库区域 1:10000地 形图(95年版 。此地形图数据年代已久,

4、需对水库淹没区域的土地利用现状进行更 新调查,面积约 1250km 2。(2 购买了电站水库区域的 QuickBird 高分辨率卫星影像。影像数据于 2007年 1月拍摄,全色波段影像分辨率为 0.61m ,彩 色 多 光谱 影像 分辨 率为 2.44m ,面 积约 1750km 2。(3外业调绘、 GCP 测量资料。 3 土地现状更新的技术方案3.1 技术路线根据现有的资料情况, 考虑地图更新的 综合成本, 土地现状更新方法采用高分辨率 的遥感影像更新方法, 利用已有的数字线划 图 DLG 、 数字高程模型 DEM 、 实地采集的 GPS 控制点资料对卫片进行几何校正, 将经过纠 正和融合后

5、的正射影像作为底图, 叠加原地 形图文件进行土地现状要素采集 , 经过内业 编绘得到 1:10000土地利用现状图。其工作流程如图 1所示。3.2 使用软件平台根据需要,选用 ARCGIS 软件建立 DEM 和制作输出专题图,影像校正的软件平台: ERDAS IMAGINE 9.1, 地形图更新软件平台: MAPGIS6.7。4 方案实施和数据检验4.1 资料准备图 1 遥感影像更新地形图工作流程图(1项目区域内的 QuickBird 影像数 据;(2项目区域内的原始 1:10000地形 图;(3外业测量控制点;(4外业调绘工作底图。4.2 影像处理影像纠正软件采用遥感图像处理系统 Erdas

6、 Imagine9.1,利用原厂提供的 RPC 参 数,配合控制点(GCPs 与高程(DEM 数 据对单景基本和标准图像做正射纠正。 以校正好的地形图为基准, 在影像图上 找出和地形图上地物相匹配的明显地物作 为地面控制点。在进行正射校正时,应先进 行全色波段数据校正, 然后以校正好的全色 波段数据为基准进行多光谱数据校正。 以全 色波段数据为基准校正多光谱波段就比较 容易校正,且能提高两者的匹配精度。 地面 控制点应分布均匀, 影像的边缘部分布要有 控制点分布, 同时在不同的高程范围最好都 有控制点。 地面控制点的数量因地形地貌的 复杂程度而定,使 RMS 值小于 1.5。如果是 GPS 实

7、测的控制点,采用键盘输入控制点的 方法,先均匀分布六点, 在此基础上加入一 定数量的控制点,使 RMS 值小于 1。重采样 方 法 采 用 立 方 卷 积 插 值 法 (Cubic convolution 较好。 图 2 正射纠正工作流程图由于购买的影像有高分辨率全色波段 和多光谱数据,所以必须进行数据融合。融 合后的数据既具有全色波段的高分辨率又 拥有多光谱数据的光谱分辨率。 为了提高融 合效果,合并红、绿、蓝和红外波段,生成 2.44m 分辨率的彩色影像,这样组合后的多 光谱影像比只合并红、 绿、蓝波段更接近天 然色。Erdas Imagine的多光谱影像融合提供 了三种融合方法:Prin

8、cipal Component, Multiplicative , Brovey Transform 。选用 主成分变换(Principal Component方法 融合, 能尽可能多的保持多光谱影像的天然 色特性。 融合后去掉红外波段只保留红、 绿、 蓝波段。 选择合适的波段顺序,生成分辨率 为 0.61m 的天然色彩色影像。在进行影像输出之前 , 由于局部地区的 QuickBird 影像蒙雾较大 , 需要先导入到 photoshop 软件中进行色调调整和正态化均 值滤波处理 , 再进行导出为 TIFF 格式 (附带 *.tfw,这样输出的影像颜色就清晰很多。影像输出地面分辨率为 0.61m

9、/像素;灰阶 (辐射分辨率 为 256灰阶;制作色彩为 RGB 三原色。影像图裁剪规格:按内图廓点坐标向四 边扩展 8mm(相当地面 80m, 选取以矩形覆盖 范围为单位提供数据。 图幅影像剪裁前须作 匀光、 调色处理 , 保证图像清晰, 色调均匀, 反差适中。4.3 现状图更新在 MapGIS 软件系统中,将经过纠正和 融合后的影像作为底图, 叠加上原始的地形 图,对照外业调绘工作底图,利用 MapGIS 软件直接在纠正后的卫星正射影像上 , 辨别 新增地物或变化地物的轮廓特征 , 然后根据 地图更新的技术要求,按点、线、面矢量化 的方式进行变化地物 (主要是居民地、 道路、 水系、植被等的

10、测量 , 从而获取满足精度 要求的土地现状要素。更新步骤:在 MapGIS 平台下新建工 程 添加影像 新建线文件(.wl 线 编辑 -输入线 -参数设置 根据影像判读描 绘。在 所 有 地 物 要 素 更 新 完 成 后 , 在 QuickBird 正射影像上无法实现的 , 必须借 助外业调绘来实现。外业调绘主要作用是对室内解译、 判绘 成果进行验证 , 对线状地物宽度实地量测 , 对新增地物的名称注记进行实地调查等。 具 体方法是 :在室内制作输出线划图和影像图 , 调绘人员根据线划图、 影像图进行实地核对 , 补充调查信息 , 对新增、 变化的地物 , 进行补 测 , 所有外业成果记录在

11、线划图上。例如:采用的 QuickBird 影像是在农闲季节拍的, 地面上都没有作物, 所以无法判断它的类型, 在外业调绘的时候就需要确定地的类型, 是 旱地、 菜地、 还是果园等。 还有新修的公路, 新建的房屋将外业调查修改、 新增和变化地物及补 测数据通过内业编辑处理、数据转换、属性 标注等过程,形成最终的更新数据成果 , 按 用户要求将数据转换为用户要求的格式。 4.4土地利用现状专题图制作严格按照土地利用现状图图式来标注 符号、色彩及注记 ; 其次按照地图更新技术 设计要求 , 建立标准的点、线、面符号库, 对各层数据进行符号化 , 并编辑修改 ; 最后 进行图面整饰和地图输出。4.5

12、精度分析纠正后的正射影像图是更新 1:10000地 形图的基础, 其精度决定了更新要素的精度。 项目基于 QnickBird 卫星影像制作的正射影 像图(DOM 限差参考见 表 1规定的限差要 求。正射影像图制作限差表(单位:m 表 1 本次参与影像纠正的控制点共有 40个, 最大残差 3.63m ,最小残差 0.4m; 在 1/3限 差内 21个点, 1/2限差内 32个点占 70%;超 限差 1个点,超过限差 0.05m ,与选取的控 制点有关,不影响精度。DOM 制作完成后,利用实地 GPS RTK采 集的地物点 (30点 进行检查, 误差统计后 坐标和距离中误差分别为 :m nxxmx

13、89 . 01/(±=-±=m nyymy37 . 11/(±=-±=m nssms61 . 11/(±=-±=5 结束语通过以上利用遥感影像进行对土地利 用现状地图更新调查的工程实例说明, 高分 辨率卫星影像具有多光谱特征及丰富的地 物信息, 影像的获取和更新时效快,产品质 量优良、 工效显著。 因此利用高分辨率遥感 影像进行地形图和专题图的测量或更新具有非常广阔的应用前景, 尤其利用高分辨率 遥感影像进行是大比例尺地形图的测量、 更 新是今后的发展方向。参考文献1 党安荣 , 王晓栋 , 陈晓峰 , 等 .ERDASIMAGINE 遥 感影像处理方法 M.北京 :清华大学出版社 ,2003. 2