高分辨率卫星影像处理及应用项目总体情况介绍
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2013-08-05
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高分辨率卫星影像处理及应用项目总体情况介绍
西安市勘察测绘院
许有田 吴创奇
一、 项目背景
随着社会经济和技术的发展，商用高分辨率遥感卫星的发射，卫星遥感影像也在不断的丰富，其应用面也在不断的扩大。城市高分辨率正射影像图以其分辨率高、直观、生产更新周期短等优点，越来越被城市管理、规划建设部门所青睐，同时也被广泛使用。
西安市勘察测绘院于2002年决定生产“西安市高分辨率正射影像图”及其管理与应用系统。
二、 项目实施过程
本项目建设从2002年5月开始，经历了项目调研、方案设计、数据订购，影像处理，利用影像更新地形图，影像管理及三维飞行程序开发，数据入库及验收，至2003年12月完成。2004年2月25日，该项目通过专家组的总体验收。
1. 数据的订购：
2002年5月至6月，经过项目组认真的调研、比较，确定了遥感卫星数据源和成图范围。
项目选用QUICKBIRD标准影像数据（全色0.61米+多光谱2.88米）。
本次西安Quick-bird卫星遥感影像图，面积为1500平方公里。范围为：
54系X(6º) 54系Y(6º) 54系L 54系B
1 3782170.37 285490.54 108゜40ˊ27″.93303 34゜08ˊ39″.19921
2 3810175.18 286059.62 108゜40ˊ25″.14236 34゜23ˊ47″.71381
3 3809311.42 328565.98 109゜08ˊ08″.83468 34゜23ˊ48″.19299
4 3817312.80 328728.57 109゜08ˊ09″.43513 34゜28ˊ07″.81504
5 3816906.31 348732.00 109゜21ˊ13″.14170 34゜28ˊ05″.88271
6 3804904.25 348488.12 109゜21ˊ11″.22831 34゜21ˊ36″.42029
7 3805209.11 333485.54 109゜11ˊ24″.20008 34゜21ˊ38″.02110
8 3781204.99 332997.76 109゜11ˊ21″.82619 34゜08ˊ39″.11858
2. 影像处理：
项目2002年8月拿到首批数据，对获得影像数据分批进行了处理。处理内容如下：
①、资料准备：图像数据输入（读数据，检查数据质量）。
②、图像转换：将QuickBird原图像11比特（2048级）转8比特（256级）。
③、光谱分离：将多光谱影像文件4个波段分离出来。
④、图像预处理：增强、修正、噪声的去除、信息提取、校正、配准。
⑤、多光谱彩色合成及图像亮度值的重采样。
⑥、图像的融合：将全色和合成后的多光谱彩色图像进行融合。
⑦、图像纠正：使图像数据和矢量等具有相同的投影方式和地理坐标系统。
⑧、影像色彩色调调节。
对各批处理后数据进行了图像镶嵌，最终获得项目设计范围内全部影像图。影像图经专家过组验收，质量评定为优。
3. 地形图更新：
2003年6月—2003年12月，西安市勘察测绘院利用处理后的QuickBird 影像更新了1998年版1：10000地形图。项目共更新1：10000地形图 80 幅合1500平方公里。该地形图，经我院质量检查部门外业实际检查验收，质量最终评定为优。
4. 系统开发：
影像管理系统与三维飞行系统的开发从2003年4月开始，到当年11月完成。系统开发经历了：系统调研、系统需求分析、系统设计、代码编写、系统调试与测试、数据入库测试等阶段。
5. 项目验收（影像验收、地形图验收、系统验收、项目总体验收）
2004年2月25日，受西安市建委的委托，西安市规划局组织，由七名专家组成的验收组，对西安市勘察测绘院“高分辨率卫星影像处理及应用”项目总体进行了验收。系统成功运行一年后又对本项目所取得的成果进行了鉴定，专家组认真细致地听取了项目建设单位的总体建设方案报告、总体技术设计方案报告，项目实施工作总结报告和运行报告，审阅了有关文档资料，检查了卫星影像图、系列影像挂图、利用卫星影像更新的1：1万地形图，现场观看了影像管理系统和三维飞行系统的功能演示。
经专家组验收，认为QuickBird卫星影像处理结果；单片、海量卫星影像的模拟三维浏览飞行均处于国内领先水平；利用高分辨率卫星影像更新城市中小比例尺地形图探索了新的地形图更新方法。项目成果总体验收结果为优。
三、 项目的技术方案
1. 影像处理方案：
本次采用了西安地区QuickBird（0.61米）全色和多光谱（2.44米）数据。对不同光谱特性的数据进行融合。多光谱影像与全色影像的融合采用了基于目标分类的融合法。对影像处理结果和外业实际地物反复对比，修正相关参数，以确保影像的融合质量。
影像纠正采用高斯投影,西安任意平面坐标系，1985国家高程基准。纠正过程中既使用了GPS RTK技术外业采集控制点，又使用了1：1000矢量地形图采集控制点，同时利用了DEM数据。
2. 地形图更新方案
项目充分利用了高分辨率卫星正射影像数据，对我院1998年版1：10000地形图进行了全面更新。卫星影像主要用于地物的更新，而地形和注记的更新，主要通过已有资料和外业调绘。
3. 软件系统开发方案
项目涉及的影像管理与应用系统，基于美国BENTLEY公司的图形系统平台MICOSTATION V8，经二次开发而成。开发语言为MICOSTATION二次开发语言——MDL。系统采用金字塔结构的影像管理，实现了对影像的处理、建库、查询、分析、量算、与DEM、矢量叠加、虚拟三维飞行等功能。系统设计了与“西安市基础地理信息系统”之间的接口，有效实现了与基础矢量数据、DEM 数据的集成与应用。
四、 项目成果及应用
1. 项目的主要成果
1) 项目文档；
2) 西安市高分辨率卫星影像图（1500Km2）；
3) 利用影像更新的1：1万地形图（1500Km2）；
4) 影像管理及三维飞行软件；
5) 利用影像数据制作的专题挂图；
6) 道路拓宽拆迁分析图；
2. 项目的具体应用
1) 项目成果在城市规划、建设中的应用：项目完成的“西安市1：5000卫星正射影像图”作为重要资料，被广泛应用于“西安市第四次城市规划修编”、西安市城市道路改造、西安市历史文化遗址保护与开发、西安市卫星影像图集、各种专题影像图制作、城市违章建筑的查处等城市规划与建设之中，为把西安市建设成为“国际化、市场化、人文化、生态化”的现代化大都市发挥了重要作用。
2) 城市中、小比例地形图更新：项目影像成果，在2003用于我院1：10000地形图的更新。影像图的使用，大大提高了地形图更新的速度，显著减少了地形图更新成本（更新直接减少成本50万元），同时也为城市中小比例尺地形图的快速更新探索了新的方法。
3) 影像专题图的制作：利用项目影像成果，结合矢量数据制作了形式多样的专题图，如：行政辖区图 、行政分区图、大明宫遗址开发保护、解放路开发用地拆迁统计图等。专题图的制作丰富了测绘产品，满足了社会的需求，创造了显著的经济效益和社会效益。
五、 项目的特点与意义
1. 项目特点：
1) 项目在影像的处理、纠正过程中采用了多项新技术、新方法。如：多光谱影像与高分辨率影像的融合采用了基于目标分类的融合法，既保证了影像的光谱特性又保证了影像的精度；影像纠正过程中既使用了GPS RTK技术外业采集控制点，又使用了1：1000矢量地形图采集控制点，同时参考了DEM数据，多种方法的结合减少了费用，提高了纠正精度。
2) 产品与系统的结合紧密。项目不但生产了高分辨率卫星正射影像，还及时开发了用于影像管理与应用的软件系统，实现了对影像数据的有效管理。
3) 项目开发的单片、海量正射卫星影像的虚拟三维飞行软件功能实用，飞行流畅、画面逼真、立体感强，浏览飞行的路线、速度、高度灵活，易于控制。该软件具有创新性。
4) 高分辨率卫星正射影像用于1：1万地形图更新，效果明显，费用低，效率高。该应用探索了利用高分辨率卫星正射影像更新城市中、小比例尺地形图的新方法。
5) 项目开发与应用相结合，及时利用影像数据制作了多形式的专题挂图，满足了社会的需求，创造了一定的经济效益和社会效益。
2. 项目意义：
高分辨率正射影像图在城市规划建设中具有重要作用，与其配套开发的影像管理与应用系统对城市大规模的规划修编、总体规划设计具有支持决策的作用，在城市建设的监测及违章建设的查处上，具有积极作用。另外，该项目探索并实践了城市中、小比例尺地形图更新的新思路、新方法、新经验。
随着卫星资源的不断丰富，影像分辨率的不断提高，数据更新周题的不断缩短，高分辨率卫星影像将在更大比例尺的正射影像制作与地形图更新中，在城市的规划建设、管理中发挥更加重要的作用，而本项目的成功实施则具有典型的示范、带头作用。