摘要：以SPOT5全色和多光譜影像作為主要信息源，通過對圖像進(jìn)行增強(qiáng)、配準(zhǔn)、融合、正射糾正等一系列處理，在MAPGIS基礎(chǔ)上，得出了基于SPOT5技術(shù)進(jìn)行土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫變更的方法、路線、關(guān)鍵技術(shù)以及各環(huán)節(jié)的具體實(shí)現(xiàn)過程。并以實(shí)例給予了驗(yàn)證。
　　關(guān)鍵詞：SPOT5；土地變更調(diào)查
　　
　　1引言
　　常用獲得土地利用變更信息的方法是在已有土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實(shí)行人工野外實(shí)地調(diào)查與測量，然后上報(bào)數(shù)據(jù).該方法工作效率低、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，不能及時(shí)準(zhǔn)確地獲取全局的土地利用動態(tài)變化信息。因而無法實(shí)時(shí)掌握土地利用變化在空間上的分布和分析評價(jià)土地利用變化是否合理，此外，傳統(tǒng)的方法即根據(jù)用地單位的上報(bào)數(shù)據(jù)以了解土地利用的變化狀況不僅被動，且中間不可避免地存在誤報(bào)、漏報(bào)的問題，對于地塊的空間屬性難以做到準(zhǔn)確掌握，更不能滿足動態(tài)變更及時(shí)準(zhǔn)確的要求。航天遙感高新技術(shù)的迅速發(fā)展，為快速成圖和地形圖更新開辟了一條嶄新的途徑[1-5]。
　　2精度要求和數(shù)據(jù)源選取
　　根據(jù)北京市的實(shí)際情況和需要，選用法國地球資源衛(wèi)星SPOT5作為數(shù)據(jù)源，利用HRS2.5m分辨率的全色影像和HRS10m分辨率的多光譜影像，影像獲取時(shí)間為2004年10月21日02點(diǎn)52分45.9秒。SPOT5相比于SPOT1～4衛(wèi)星，星上主載作了重大改進(jìn)：包括兩個(gè)高分辨率幾何裝置（HRG）、一個(gè)高分辨率立體成像裝置（HRS）和一臺寬視域植被探測儀（VGT）。HRG能獲取60×60公里的四種高分辨率影像。高分辨率立體成像裝置HRS能獲取120×120公里的全色影像。它使用兩個(gè)相機(jī)沿軌道方向（一個(gè)向前，一個(gè)向后）實(shí)時(shí)獲取立體圖像，較之SPOT1～4的旁向立體成像模式（軌道間立體成像）而言，SPOT5幾乎能在同一時(shí)間和同一輻射條件下獲取立體像對[6][7]。SPOT5成像裝置的分辨率和視場等參數(shù)如下表1所示。
　　根據(jù)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查精度要求，選用法國地球資源衛(wèi)星SPOT5作為數(shù)據(jù)源,影像獲取時(shí)間為2005年4月。利用2.5m分辨率的全色影像和10m分辨率的多光譜影像,融合后制作成1：1萬正射影像圖。利用該圖件結(jié)合1993年1月土地利用詳查資料(1：1萬土地利用現(xiàn)狀圖)、土地利用變更資料，可以較好地滿足土地利用現(xiàn)狀更新調(diào)查要求。
　　
　　
　　
　　
　　　　
　　4圖像處理
　　整個(gè)影像處理過程采用ERDAS軟件進(jìn)行。主要包括增強(qiáng)處理、配準(zhǔn)、融合、正射糾正四個(gè)環(huán)節(jié)。
　　4.1影像增強(qiáng)
　　在獲取圖像的過程中，由于多種因素的影響，導(dǎo)致圖像質(zhì)量多少會有所退化。圖像增強(qiáng)的目的在于：改善圖像的視覺效果，提高圖像的清晰度；將圖像轉(zhuǎn)換成一種更適合于人或機(jī)器進(jìn)行分析處理的形式。SPOT5全色影像空間分辨率高，具有豐富的紋理信息，為了保持影像中大部分的紋理信息，避免后續(xù)影像融合處理時(shí)的色調(diào)不均，可從空間域和頻率域分別增強(qiáng)。增強(qiáng)后灰度值分布于0—255區(qū)間，對比度加大，利于判讀分析。為了增強(qiáng)影像中的紋理結(jié)構(gòu)，采用6*3或5*5等模板算子進(jìn)行高通濾波處理，實(shí)驗(yàn)證明：采用5*5全方位濾波算子的效果比較顯著[7]8]。
　　SPOT5多光譜影像具有豐富的光譜信息，不同的波段影像對不同的地物有較好的反映，因此在影像增強(qiáng)前需要進(jìn)行最佳波段的選擇和彩色合成，以最大程度地利用各波段的信息量，輔助影像的判讀與分析。對于屏幕顯示和屏幕圖像分析，經(jīng)信息熵計(jì)算，選用信息量最為豐富的4、2、1波段組合配以RGB生成假彩色合成圖像。這個(gè)組合的合成圖像不僅類似于自然色，較為符號人們的視覺習(xí)慣，而且由于信息量豐富，能充分顯示各種地物影像特征的差別。鑒于本影像在融合中的主要貢獻(xiàn)是豐富的光譜信息，先利用波段特征差異光譜加權(quán)法對圖像進(jìn)行處理，重新生成的一個(gè)新分量再進(jìn)行彩色合成，這樣可提高圖像信息識別的效果。
　　增強(qiáng)后的影像如圖所示：
　　
　　圖2增強(qiáng)的SPOT5全色影像圖3增強(qiáng)的SPOT5多光譜影像
　　Fig.2enhancedSPOT5panchromaticimageFig.3enhancedSPOT5Multispectralimage
　　4.2影像配準(zhǔn)
　　將SPOT5多光譜影像以SPOT5全色影像為配準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)，采用完整的研究區(qū)為配準(zhǔn)區(qū)域，幾何多項(xiàng)式為配準(zhǔn)模型。配準(zhǔn)控制點(diǎn)殘差控制在1個(gè)像元之內(nèi)，配準(zhǔn)影像的采樣間隔與其配準(zhǔn)參考影像相同。
　　4.3影像融合
　　將不同空間分辨率遙感圖像的融合處理，使處理后的遙感圖像既具有較好的空間分辨率，又具有多光譜特征，從而達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的。圖像融合的方法有許多種，如：PCA變換、IHS變換、乘積變換、比值變換融合等。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對它們進(jìn)行比較分析，采用了PCA主成分變換法。變換的關(guān)鍵是建立影像統(tǒng)計(jì)特征基礎(chǔ)上的多維線性變換，具有方差信息濃縮，數(shù)據(jù)量壓縮的作用，可以更準(zhǔn)確地揭示多波段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的地物信息，常常是以高分辨率數(shù)據(jù)替代多波段數(shù)據(jù)變換以后的第一主成分來達(dá)到融合的目的。具體過程是：首先對輸入的多波段遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分變換，然后以高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)替代變換以后的第一主成分，最后進(jìn)行主成分逆變換，生成具有高空間分辨率的多波段融合圖像。
　　
　　圖4SPOT5全色和多光譜融合影像圖5融合并糾正后的影像(DOM)
　　Fig.4mergedSPOT5imageFig.5mergedandorth-rectificationimage
　　4.4融合后影像的正射糾正
　　對SPOT5衛(wèi)星影像的糾正是以整景數(shù)據(jù)為糾正單元，1：10000的DRG（數(shù)字柵格地圖）為參考、二次多項(xiàng)式為糾正模型，采用3度分帶高斯克呂格投影和克拉索夫斯基橢球，立方卷積重采樣方法來完成的[6]。因地勢起伏較大，在糾正的過程中加入了DEM進(jìn)行正射糾正，共選擇了20個(gè)分布均勻的GCP（控制點(diǎn)），并盡可能選在了固定的地物交叉點(diǎn)（如鐵路與河岸交點(diǎn)、人工水渠交叉點(diǎn)、公路交叉點(diǎn)等）上，在山區(qū)與丘陵無精確定位的標(biāo)志情況下利用了半固定的地形地物交叉點(diǎn)（如山頂、河流交叉點(diǎn)、水庫壩址等）。
　　5地形圖更新
　　5.1遙感影像地物判讀
　　1：1萬矢量地形數(shù)據(jù)更新主要是對水系、居民地、交通等要素進(jìn)行更新，技術(shù)難度較大，目前尚沒有成熟的遙感影像自動提取、更新要素的軟件可以使用。在實(shí)際生產(chǎn)中，1∶1萬矢量地形數(shù)據(jù)更新主要采用目視判讀的方法。為使室內(nèi)影像判讀達(dá)到1∶1萬矢量地形數(shù)據(jù)更新的要求，要充分使用輔助更新資料源，如地形圖和最新出版的分省交通圖冊、鐵路線路圖冊、勘界成果等[7][8]。
　　5.2更新流程
　　將土地利用現(xiàn)狀圖與遙感影像進(jìn)行疊加，鑒于MAPGIS具有較強(qiáng)的矢量化功能，為避免數(shù)據(jù)導(dǎo)入會產(chǎn)生誤差，整個(gè)矢量化過程在MAPGIS中進(jìn)行。在矢量化的過程中同時(shí)完成屬性建庫工作。逐層更新指的是對矢量化的每一層進(jìn)行空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的同步更新，將矢量化的每一要素層分別與衛(wèi)星影像疊合顯示，并參考數(shù)字柵格地圖DRG，清晰可見兩幅圖的地貌景觀細(xì)節(jié)，而正射影像客觀反映了地面的近期真實(shí)景觀，便于閱讀和使用，可增加信息量，同時(shí)柵格圖像與矢量圖形可相互補(bǔ)充，仔細(xì)尋找變化，發(fā)現(xiàn)新增與消失等信息，通過對衛(wèi)星影像的解譯來完成逐層更新[9]。另外，縣界和鄉(xiāng)鎮(zhèn)界等行政界線需按照土地詳查資料和民政廳的有關(guān)資料進(jìn)行調(diào)整，地理名稱等屬性數(shù)據(jù)按有關(guān)部門、地方提供的資料進(jìn)行更新。至此逐層更新工作結(jié)束，同時(shí)也完成了1：10000地形圖基礎(chǔ)地理信息庫和由老地形圖生成的電子地圖的更新工作。
　　
　　圖6疊置更新分析
　　Fig.6Overlayanalysisoftheupdate
　　6外業(yè)調(diào)查驗(yàn)證
　　外業(yè)調(diào)查是地形圖更新中的一個(gè)非常重要和不可或缺的環(huán)節(jié)。首先，可以配合動態(tài)GPS測量采集遙感影像中解譯不出的更新數(shù)據(jù)，還可對境內(nèi)的高速公路、國道、省道及重點(diǎn)養(yǎng)護(hù)路段進(jìn)行實(shí)測，以檢核成圖精度；其次，它可以對內(nèi)業(yè)工作進(jìn)行全面驗(yàn)證，對影像解譯中的不確定圖斑進(jìn)行逐一核實(shí)，提高判讀的準(zhǔn)確率，并注意相關(guān)文字資料的收集。外業(yè)調(diào)查的關(guān)鍵是踏勘全面，記錄規(guī)范、詳實(shí)，以便于接下來的后處理工作。
　　7結(jié)論
　　研究證明，應(yīng)用高分辨率SPOT5影像作為土地利用變更調(diào)查的數(shù)據(jù)源,通過目視解譯，綜合利用不同融合方法的遙感影像進(jìn)行1∶1萬土地利用變更調(diào)查是可行的，且具有客觀、準(zhǔn)確、快速和費(fèi)用相對較低等特點(diǎn)。其一級地類土地利用變更調(diào)查面積精度可達(dá)96%左右，二級可達(dá)95%左右，這在我國土地利用變更調(diào)查中有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　
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