Question

SPOT5卫星数据在菏泽市土地利用现状库更新中的应用

Answer 1

李友纲 曹文玉 齐建伟 潘春梅

（中国国土资源航空物探遥感中心，北京，100083）

摘要：本文叙述了利用 SPOT5 卫星遥感数据制作菏泽市1∶1 万正射影像图（DOM）的流程，并以此为工作底图，对比土地利用现状矢量图，提取与库不一致的图斑（变化图斑），赋予其更新库需要的属性，并尝试在外业前填写变化图斑的三级地类。

关键词：SPOT5；土地利用；卫星遥感；更新

1 前言

随着国土资源大调查的深入开展，各省属市级地区的土地利用现状调查数据库开始逐步更新。利用卫星遥感资料制作能与数据库矢量数据精确套合的正射影像图，作为土地利用现状调查的工作底图，既可缩短更新时间，结果也更准确可靠^［1～2］。为此，作者利用2005年5～8月SPOT5 卫星数据，按照山东省《卫星影像1∶1 万数字正射影像图制作技术方案》和《山东省土地利用现状调查技术细则》，为山东省菏泽市制作了1∶1 万遥感数字正射影像图（DOM），与已经完成的土地调查成果进行了对比，提取了大量土地利用现状库更新的相关变化图斑。

2 技术路线

本项目采用高分辨率、多源遥感数据，运用计算机制作 DOM，并生成矢量与栅格数据一体化的信息管理文件。SPOT5 数据正射纠正的基础控制资料为1∶1 万航摄正射影像图和1∶5 万 DEM 数据。然后再对比土地利用现状矢量图与 DOM 提取变化图斑，实地调查内业难以确定的变化图斑类型、位置、面积，补充遗漏的图斑。

此次采用的卫星遥感数据为 SPOT5 2.5 m 分辨率的全色数据和10 m 分辨率的多光谱数据，共涉及10 景数据，时相等信息见表1。DEM 数据为国家测绘局提供的 NSDTF 标准格式的1∶5 万 DEM。纠正基础控制资料为1∶1 万黑白航摄正射影像图。

表1 数据基本信息

主要工作流程包括卫星遥感数据质量检查、基础控制资料和DEM 精度检查，SPOT5 卫星遥感数据正射纠正、融合、镶嵌，标准1∶1 万DOM数字正射影像图分幅和整饰等环节。

3 数学基础与技术指标

1∶1 万 DOM 数字正射影像图数学基础与1∶1 万土地利用现状图一致。大地基准采用1980 西安坐标系。投影采用高斯－克吕格投影。分带方式为3°带。高程基准为1985年国家高程基准。

原始遥感数据要达到影像纹理清楚，云量不超过10%，城乡结合部等重要区域没有云雾。DEM 数据比例尺为1∶5 万，采样间隔25 m。1∶1 万航摄正射影像图纠正精度，内图廓点、公里格网交点坐标与理论值的偏移值不超过1m。遥感影像几何校正精度和配准精度按《SPOT 2.5M 数字正射影像图制作技术规定》^［3］操作。1∶1 万 DOM 点位中误差为平原2.5m，丘陵5m，山地5m。

4 DOM 制作技术方法

以精度符合要求的1∶1 万航摄正射影像图为基础控制资料，辅以1∶5 万 DEM数据，对SPOT5 数据进行正射纠正，再将正射纠正后的 SPOT5 2.5 m 全色数据与10 m 多光谱数据进行影像配准、融合，按1∶1 万土地利用现状图标准图幅范围进行分幅，制作成模拟真彩色的1∶1 万标准分幅的 DOM 数字正射影像图。

4.1 基础资料的检查与处理

基础资料主要包括1∶1 万航摄正射影像图、1∶5 万 DEM 和最新行政界线等。

DEM 采用由国家测绘局提供的 NSDTF 标准格式的1∶5 万 DEM。对其处理主要包括坐标转换、3°换带处理和转换成遥感图像处理软件可接受的数据格式转换处理。

地方提供的标准分幅1∶1 万正射航摄图带有公里格网，但不带坐标。首先要逐幅给赋坐标及投影参数，再检查1∶1 万正射航摄图是否满足1∶1 万DOM 数字正射影像图制作基础控制资料所要求的精度。以县（区）为单元进行拼接，转换为处理软件所需数据格式，作为正射纠正 SPOT5 的参考影像。

4.2 卫星影像处理

卫星影像处理流程见图1。处理软件采用 GEOIMAGE^［4］、PHOTOSHOP^［5］等。

采用满足精度要求的1∶1 万航摄正射影像图为控制资料进行控制点选取。控制点选取应控制四周、均匀分布。

以SPOT5 的整景数据为纠正单元，方能利用卫星提供的辅助数据建立严密的物理模型。

影像配准以全色高分辨率数据为基准，配准低分辨率多光谱数据。多光谱数据波段组合采用2、1、3 或4、1、2。

配准单元采用整景或完整的监测区、县为配准单元，当区、县面积较大时，对区、县再次分区。

配准模型选择物理模型。配准影像的采样间隔与其配准参考影像相同。

选取最佳波段组合的多光谱影像，与高分辨率全色波段影像融合，形成兼有高分辨率空间信息和多光谱彩色信息的融合影像。通过融合处理突出反映土地利用各地类及变化地类的空间信息和光谱信息，用于分析和信息提取。融合方法选择加权相乘或 HIS 变换。

图1 数字正射卫星影像处理技术流程

镶嵌影像应保证色调均匀、反差适中，接边时应保证有10～50个像素的重叠带，重叠带不应出现明显的模糊或重影。

最后，按1∶1 万标准图幅对数字正射影像进行分幅与整饰。分幅要求覆盖完整行政辖区，当分幅影像不满幅时，按不满幅分幅、满幅整饰。整饰内容按有关规范进行，包括图名、图幅号、比例尺、数据来源、地名、主要河流、道路、接图表、制作单位等（图2）。

图2 标准数字正射分幅影像及整饰

5 地类不一致信息提取

以正射数字遥感影像图（DOM）和土地利用更新调查数据库为基础，对地类不一致的动态变化情况，利用人机交互式提取方法进行提取，主要内容包括位置偏移、地类判读、新增地物和综合范围等信息。

提取土地利用更新调查库相对于1∶1万标准分幅DOM边界较差大于配准误差的图斑，位置一致、但土地利用类别不同的图斑。

耕地、园地动态变化最小上图面积为6.0mm²，建设用地为4.0mm²，林地、草地等其他地类为15.0mm²。

5.1 地类不一致信息提取技术流程

以1∶1 万标准分幅土地利用更新调查数据库和 DOM 管理文件为基础，人机交互提取不一致信息，建立信息管理文件夹，具体技术流程如图3 所示。

图3 土地利用现状图与 DOM 不一致信息提取技术流程图

5.2 地类不一致信息提取技术方法

土地利用更新调查数据库是在MAPGIS^［6］平台上实现的，为方便库的更新修改，把DOM转换成MAPGIS图像格式。将矢量库图斑区文件透明显示于DOM的上层，根据颜色的特征变异即可发现不一致图斑（图4 箭头所示）。逐公里格网人机交互式判读，一方面剔除特征变异图斑中的伪变化图斑，另一方面发现遗漏的变化图斑。

图4 特征变异法发现不一致图斑

对发现的不一致图斑逐一沿边界勾绘，生成面文件，与地方提供的土地利用库做空间分析，构成相应属性表（见表2）。在勾绘变化图斑时，一定要以原库图斑线文件为基础。图斑之间有公共边的情况，不能出现两条线，这样才能保证更新后库文件的拓扑关系正确。

表2 不一致图斑属性表结构

变化图斑编号以图幅为单位按统一编号，从左到右、自上而下由1 顺序编号。因属性中有图幅号信息，所以编号具有唯一性。

6 结论

在该工作区中，经过对比土地利用现状库和遥感正射影像图，各区县均发现了上千个变化图斑。由此可见，用高分辨率卫星数据做土地利用现状更新是非常快速有效的。

本次工作应地方要求，尝试了在外业前填写变化图斑的三级地类。在周边有相同纹理的现状图斑情况下，可以准确填写，并可减少外业工作量。如果周边无相同纹理的参考图斑，只能发现其变化，三级地类需要外业辅助确定。

参考文献

［1］杨清华，齐建伟，孙永军.高分辨率卫星遥感数据在土地利用动态监测中的应用研究［J］.国土资源遥感，2001，50 （4）：20～26

［2］王珂，冯秀丽，王友富，黄炎.基于SPOT5影像的1∶1万土地利用更新调查面积精度研究.国土资源遥感技术发展文集［M］.吉林：吉林大学出版社，2006∶74～80

［3］国土资源部地籍管理司，中国土地规划院.SPOT 2.5M 数字正射影像图制作技术规定，北京∶2003

［4］北京视宝卫星图像有限公司.专业制图工作室 GEO Image

［5］罗心晶，吉庆祥.Photoshop 7.0 实用教程，北京：中国铁道出版社，2003

［6］武汉中地信息工程有限公司，武汉中地数码科技有限公司，中国地质大学（武汉）信息工程学院.MAPGIS 地理信息系统使用手册，2002