曹艷杰

(河南省國(guó)土資源電子政務(wù)中心 鄭州 450016)

?

遙感影像規(guī)?；咝幚矸椒ㄅc實(shí)現(xiàn)*

曹艷杰

(河南省國(guó)土資源電子政務(wù)中心 鄭州 450016)

衛(wèi)星遙感影像目前是我國(guó)土地管理部門對(duì)土地利用信息快速提取的主要數(shù)據(jù)源。研究中以Spot 5影像為數(shù)據(jù)源,借助ERDAS IMAGINE等軟件,以河南省為研究靶區(qū),通過基于SAN架構(gòu)的影像處理工作流、手工輔助自動(dòng)配準(zhǔn)、區(qū)域網(wǎng)平差整體校正等方法對(duì)影像數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行研究,為土地管理部門高效率、大規(guī)模利用遙感影像輔助開展管理工作提供技術(shù)探索。

遙感; SAN架構(gòu); 區(qū)域網(wǎng)平差; 整體糾正

Class Number P237

1 引言

遙感技術(shù)作為一種快速、宏觀、信息量豐富的資源調(diào)查手段,近年來在土地利用和覆被變化等調(diào)查中得到了廣泛應(yīng)用。土地管理工作中如何快速高效地處理大規(guī)模影像數(shù)據(jù),成為遙感技術(shù)在此領(lǐng)域進(jìn)一步應(yīng)用發(fā)展的瓶頸[1～2]。為探索對(duì)影像數(shù)據(jù)的規(guī)?；咝幚矸椒?本文以河南省部分地區(qū)的Spot 5遙感影像為數(shù)據(jù)源,借助ERDAS IMAGINE軟件,綜合運(yùn)用基于SAN架構(gòu)影像處理工作流、手工輔助自動(dòng)配準(zhǔn)、區(qū)域網(wǎng)平差整體校正等技術(shù),開展相應(yīng)的探索。

2 數(shù)據(jù)源

2.1 衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)

研究靶區(qū)覆蓋河南全省,共接收79景Spot 5影像數(shù)據(jù)。包括2.5m全色和10m多光譜數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收側(cè)視角小于15°,所有影像均有4%以上的重疊區(qū)域,影像無明顯噪聲、斑點(diǎn)和壞線,云、雪未覆蓋城鄉(xiāng)結(jié)合部等重點(diǎn)地區(qū),且覆蓋量均小于10%,整體地類信息仍可辨析。

2.2 DEM數(shù)據(jù)

覆蓋全省GRID標(biāo)準(zhǔn)格式的1:5萬數(shù)字高程模型(DEM)464 幅。數(shù)學(xué)基礎(chǔ)為1980年西安坐標(biāo)系,1985年國(guó)家高程基準(zhǔn),6°分帶。鑒于研究需要,對(duì)所有DEM分別按19°帶和20°帶鑲嵌、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、拼接、換帶,投影轉(zhuǎn)換處理為114°中央經(jīng)線、1954北京坐標(biāo)系、1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)的DEM。經(jīng)處理的DEM不存在缺失、黑邊現(xiàn)象,滿足項(xiàng)目研究需要。

3 方法與實(shí)現(xiàn)

3.1 基于SAN架構(gòu)影像處理工作流技術(shù)應(yīng)用

據(jù)相關(guān)調(diào)查表明,存儲(chǔ)的影像數(shù)據(jù)在處理與應(yīng)用過程中僅20%是用戶要經(jīng)常讀取的。以前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系多用分布式存儲(chǔ),各數(shù)據(jù)庫按一定表結(jié)構(gòu),以字段編碼方式有效組織,處理時(shí)間長(zhǎng)。而基于SAN架構(gòu)建立存儲(chǔ)環(huán)境,通過FC交換機(jī)以“一對(duì)多”或“多對(duì)多”形式,連接服務(wù)器與存儲(chǔ)設(shè)備,如RAID、磁帶備份、磁帶庫和CD-ROM庫等都可以作為一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備,有效解決不同硬件環(huán)境、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用軟件對(duì)架構(gòu)主機(jī)中數(shù)據(jù)訪問和服務(wù)器對(duì)存儲(chǔ)容量要求,使多個(gè)服務(wù)器間共享文件系統(tǒng)和輔助存儲(chǔ)空間,避免數(shù)據(jù)和程序代碼重復(fù)存儲(chǔ)。研究中以SAN架構(gòu)為影像數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)載體,解決海量原始影像與中間成果數(shù)據(jù)在存取、計(jì)算、分發(fā)過程中受計(jì)算機(jī)硬件性能制約的問題,提高輔助存儲(chǔ)器的利用率[3～4]。

SAN架構(gòu)中用銳捷RG-S3760光纖交換機(jī),NSTOR-4320F磁盤陣列作為光纖存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)陣列和主要服務(wù)器間以光纖通道交換機(jī)連接,使用VERITAS軟件用以數(shù)據(jù)備份,建立專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。同時(shí),探索優(yōu)化影像數(shù)據(jù)處理工作流程,引入“流水作業(yè)”工作理念,建立程序化處理流程,快速實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量影像生產(chǎn)管理工作。由于研究所用數(shù)據(jù)是同步接收的單景全色數(shù)據(jù)和多光譜數(shù)據(jù)信息,因其幾何相關(guān)性好,專門設(shè)計(jì)先配準(zhǔn)、后融合、再糾正的處理順序。通用流程化數(shù)據(jù)處理類似于一套規(guī)范的數(shù)據(jù)處理流水線,依托SAN架構(gòu)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存,方便定制數(shù)據(jù)處理流程,提高影像整體處理能力。

3.2 手工輔助自動(dòng)配準(zhǔn)技術(shù)應(yīng)用

影像配準(zhǔn)主要分兩步：一是選擇其中一幅作為參考基準(zhǔn)圖像,標(biāo)注分布均勻且足夠數(shù)量的控制點(diǎn)；二是以上述控制點(diǎn)為基準(zhǔn),變換另一幅圖像上對(duì)應(yīng)控制點(diǎn)的地理投影信息與基準(zhǔn)圖匹配[5]。完成配準(zhǔn)工作前提是選取控制點(diǎn)。準(zhǔn)確且快速地選取控制點(diǎn)是能否準(zhǔn)確高效完成影像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的關(guān)鍵。選取控制點(diǎn)通常有兩種：一是借助軟件由配準(zhǔn)模塊調(diào)用控制點(diǎn)數(shù)據(jù)庫自動(dòng)完成影像配準(zhǔn)；二是依靠目測(cè),先手工在參考影像上選取公路拐點(diǎn)、沿線及橋梁交叉口等這些不易隨季節(jié)時(shí)間改變發(fā)生大變化,且人眼又易于分辨定位的地面特征點(diǎn)作控制點(diǎn),后由軟件配準(zhǔn)模塊實(shí)施配準(zhǔn)[6]。無論哪種方式,為保證影像的配準(zhǔn)精度,同一區(qū)域中都要求必須有足夠數(shù)量的控制點(diǎn)信息[7]。

圖1 SAN架構(gòu)存儲(chǔ)與備份系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)以往監(jiān)測(cè)區(qū)采用系統(tǒng)自動(dòng)配準(zhǔn)方式,因控制點(diǎn)影像庫有一定數(shù)量的控制點(diǎn)歷史數(shù)據(jù),可順利實(shí)施。但對(duì)于初始監(jiān)測(cè)區(qū),因控制點(diǎn)信息空白,僅依靠手工選取方式效率低下。單一方式選取控制點(diǎn)配準(zhǔn)影像,處理大規(guī)模影像信息效率較低。研究中,以雙線性內(nèi)插法將Spot 5_10m多光譜影像數(shù)據(jù)重采樣為2.5m間隔,把2.5m全色影像數(shù)據(jù)作配準(zhǔn)基礎(chǔ),運(yùn)用ERDAS中AutoSync模塊,以單景數(shù)據(jù)為配準(zhǔn)單元,調(diào)用控制點(diǎn)庫信息完成與多光譜影像數(shù)據(jù)的初步快速配準(zhǔn)。為提高配準(zhǔn)精度,用多項(xiàng)式模型,在單景影像中靠近每個(gè)邊角部分手動(dòng)選取四個(gè)有效同名控制點(diǎn),實(shí)現(xiàn)原始影像與參考基準(zhǔn)影像的快速匹配。配準(zhǔn)控制點(diǎn)文件使用“景號(hào)+MULTI” 命名,如“287267MULTI”,配準(zhǔn)文件使用“景號(hào)+MATCH” 方式命名,如“287267MATCH”。

圖2 原始影像與參考影像的自動(dòng)配準(zhǔn)圖

圖3 影像配準(zhǔn)控制點(diǎn)采集示意圖

3.3 區(qū)域網(wǎng)平差整體校正技術(shù)應(yīng)用

處理遙感影像時(shí),其定位精確程度與地面控制點(diǎn)數(shù)量和控制點(diǎn)分布有直接關(guān)系[8～9]。應(yīng)用區(qū)域網(wǎng)平差糾正法模擬影像參數(shù),從控制點(diǎn)數(shù)據(jù)庫選少量地面控制點(diǎn),在各景影像結(jié)合部采集一定數(shù)量的對(duì)應(yīng)聯(lián)接點(diǎn),把各工作區(qū)作為糾正單位,以多景影像組成區(qū)域網(wǎng)實(shí)施整體區(qū)域同步糾正,提高處理效率。

針對(duì)79景連片且同源的影像數(shù)據(jù),利用ERDAS的LPS模塊,依據(jù)影像分布情況建立一個(gè)區(qū)域網(wǎng)文件,考慮到河南省監(jiān)測(cè)區(qū)數(shù)據(jù)分布及下一步鑲嵌,用114°為中央經(jīng)線,38°帶,每景影像控制點(diǎn)選取25個(gè),相鄰景影像重疊區(qū)選取2個(gè)以上公用控制點(diǎn),以GPS實(shí)測(cè)點(diǎn)和1:5萬DEM作為糾正基準(zhǔn),重采樣間隔2.5m。實(shí)現(xiàn)過程中,對(duì)整景大面積數(shù)據(jù)套用DEM在LPS模塊選取Spot 5 Orbital Pushbroom傳感器模型,Gauss Kruger投影,采用Krasovsky橢球,進(jìn)行整體正射糾正[10～11],糾正后的圖面最大點(diǎn)位中誤差為0.23m。

表1 正射糾正部分控制點(diǎn)中誤差分類統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

1) 基于SAN架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)與備份系統(tǒng)確保7*24小時(shí)不間斷運(yùn)行,為項(xiàng)目順利研究提供了穩(wěn)定可靠的環(huán)境支撐；綜合運(yùn)用手工選取和系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用控制點(diǎn)庫方法,能有效避免單一方式的不足；通過區(qū)域網(wǎng)平差整體糾正方式,制作的1:1萬正射影像圖中誤差0.1mm,滿足《Spot 5-2.5m數(shù)字正射影像圖制作技術(shù)規(guī)定》有關(guān)要求。

2) 完成對(duì)河南省16.7萬km2的土地遙感監(jiān)測(cè),生產(chǎn)了全省1:1萬標(biāo)準(zhǔn)圖幅遙感影像圖。不僅為河南省第二次土地調(diào)查提供1:1萬工作底圖4480幅,也為全國(guó)二調(diào)底圖生產(chǎn)和土地礦產(chǎn)衛(wèi)片執(zhí)法檢查提供了有益探索。

[1] 王文卿,潘振祥,段嶸峰,等.河南省遙感影像規(guī)模化高效率處理技術(shù)及數(shù)據(jù)建庫綜合研究[M].北京:中國(guó)大地出版社,2001：101-131. WANG Wenqing, PAN Zhenxiang, DUAN Rongfeng, et al. Henan province remote sensing image scale efficient processing technology and data to build the library comprehensive research[M].Beijing: China Land Press, 2001：101-131.

[2] 王文卿.遙感技術(shù)在國(guó)土資源管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景[J].測(cè)繪通報(bào),2009(6):38-40. WANG Wenqing. Application status and prospects for RS technique in Land Resources Management[J]. Bulletin of Surveying and Mapping,2009(6):38-40.

[3] 李偉.基于SAN架構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份系統(tǒng)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2010,6(20):5406-5407. LI Wei. Based of storage area network and data backup system[J]. Computer Knowledge and Technology,2010,6(20):5406-5407.

[4] 王俊.集群式遙感影像處理的關(guān)鍵技術(shù)[J].地理空間信息,2013,11(5):106-107,109. WANG Jun. The key technology of cluster methods of remote sensing image processing [J]. Geospatial Information,2013,11(5):106-107,109.

[5] 黨安榮.ERDAS IMAGING遙感圖像處理方法[M].北京：清華大學(xué)出版,2004：53-79. DANG Anrong. ERDAS IMAGING remote sensing image processing methods[M].Beijing: Tsinghua university press,2004：53-79.

[6] 管相榮.省域控制點(diǎn)圖形圖像數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2008,29(2):80-83. GUAN Xiangrong. Foundation of provincial GCP database[J].Journal of Zhengzhou University(Engineering Science), 2008,29(2):80-83.

[7] 周紹光,孫金彥,凡莉,等.高分辨率遙感影像的建筑物輪廓信息提取方法[J].國(guó)土資源遙感,2015,27(3):52-58. ZHOU Shaoguang, Sun Jinyan, Fan Li , et al. Extraction of building contour from high resolution images[J]. Remote Sensing for Land & Resources,2015,27(3):52-58.

[8] 及旭生,張麗梅,穆安才,等.基于Erdas Image9.2 LPS區(qū)域網(wǎng)平差處理Spot5衛(wèi)星影像實(shí)現(xiàn)方法[J].測(cè)繪與空間地理信息,2012,35(1):132-134. JI Xusheng, ZHANG Limei, Mu Ancai, et al. Realization of processing spot 5satallite images by block adjustment based on Erdas image 9.2 LPS[J]. Geomatics & spatial information technology,2012,35(1):132-134.

[9] 閆利,費(fèi)亮,葉志云,等.大范圍傾斜多視影像連接點(diǎn)自動(dòng)提取的區(qū)域網(wǎng)平差法[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2016,45(3):310-317. YAN Li, FEI Liang, YE Zhiyun, et al. Automatic Tie-points Extraction for Triangulation of Large-scale Oblique Multi-view Images[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2016,45(3):310-317.

[10] 王鐵軍,周琦,馬治,等.SPOT5單景衛(wèi)星遙感影像區(qū)域網(wǎng)平差實(shí)驗(yàn)[J].北京測(cè)繪,2012(6):41-43. WANG Tiejun, ZHOU Qi, MA Zhi, et al. Experiments of Area Adjustment for SPOT5 Single Piece Satellite Imagery[J]. Beijing Surveying and Mapping,2012(6):41-43.

[11] 胡維,馬杰,李海濤,等.多時(shí)相遙感影像變化檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2011,39(3)：51-55,97. HU Wei, MA Jie, LI Haitao, et al. Design and Realization of Multitemporal Remote Sensing Image Change Detection System[J]. Computer & Digital Engineering,2011,39(3)：51-55,97.

Method and Implementation of Efficient Processing of Large-Scale Remote Sensing Image

CAO Yanjie

(Electronic Government Affairs Center of Land and Resources of Henan Province, Zhengzhou 450016)

Remote sensing images have always been a major source of information extraction in land use information. In this study, Spot5 images were used as the data source. Utilizing remote sensing, mapping and information technology, with the help of ERDAS IMAGINE software, SAN-based architecture image processing workflow, manual-assisted automatic registration and overall correction block adjustment method, Henan high-resolution remote sensing image data was analyzed, which was desirable for technical research in the land and resources efficient, large-scale use of satellite remote sensing in support of the work of land management.

remote sensing, SAN architecture, block adjustment, overall correct

2016年5月10日,

2016年6月26日

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展“863”計(jì)劃項(xiàng)目“規(guī)?；咝恋刭Y源遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)”課題資助。

曹艷杰，男，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：國(guó)土資源信息化應(yīng)用。

P237

10.3969/j.issn.1672-9722.2016.11.023