遥感影像辅助地图制图的研究和应用

司连法1

,吴　川

2

(1.中国地图出版社,北京100054;2.中国水利水电建设集团公司,北京100044)

M ap M ak i n g w ith RS Image:Research and Appli ca ti on

SIL ian 2fa,WU Chuan

摘要:利用中巴资源卫星遥感资料,结合已有的地图数据库和GI S 系统,对如何利用卫星遥感资料辅助地图制图进行分析研究。关键词:地图制图;遥感;GI S

　　收稿日期:2008210213

作者简介:司连法(19732),男,河南商丘人,高级工程师,主要从事GI S 系统开发和图形图像学研究。

一、引　言随着我国道路建设步伐的不断加快,读者对地图的现势性要求越来越高。为了满足人们的需求,地图制图单位和人员必须掌握第一手道路变化及相关资料。地图制作单位搜集资料和制作地图的传统方式越来越不能满足要求,遥感和GI S 相结合给地图制图单位和人员带来了福音。

传统的制图方式是通过搜集规划道路资料预先在地图上表示规划道路。一般来讲,这种方式表示的道路只是示意性道路,不能准确地表达实际道路的位置和走向。一旦规划道路通车,制图人员还必须重新搜集地图资料重绘道路,绘制方法是采用扫描或目视绘制方法。这种方法无论是从准确性还是从时间上来讲都难以达到读者要求。

遥感影像的应用能在第一时间为制图人员提供准确的道路位置和走向信息,制图人员结合遥感影像和GI S 技术能够实现准确制图,在制图中可以起到预知道路开通后的情况,达到了比较理想的效果。本文利用中国资源卫星数字遥感影像资料,结合中国地图出版社建设的可用于公开出版的地图数据库和GI S 系统,实现对地图数据库的更新,从而探索出了一条利用遥感和地理信息系统辅助地图制图的新途径。

二、传统制图中的不足地图制图最早是采用手工制图的方式,20世纪90年代开始采用机助制图。在计算机技术发展的推动下,GIS 技术在20世纪80年代开始起步并在90年代得到了较好的发展。为了能够高效

地制作出读者需要的地图出版物,中国地图出版社开发了自有的GIS 系统,并在此基础上建立了适合于制作公开出版地图的地图数据库。实践表明,建设地图数据库不是关键,关键是建设后如何及时地更新和维护。只有通过更新和维护得到具有较高现势性的地图数据库才能满足地图制图的需要,否则,基于此数据库制作的地图也就难以达到读者需求。

地图信息主要包括地理信息和非地理信息。地理信息主要包括:道路位置和走向、居民地信息、河流位置和走向等。非地理信息主要包括:行政界线、居民点名称、道路名称、河流名称等。地图数据库更新和维护就是针对地理信息的变化展开工作,如道路位置和走向、河流位置和走向等。非地理信息可以通过发布获得,变动相对较小。

本文只针对地理信息获取进行研究。在传统制图中,地理信息的获取主要有以下几种方法:

1.调绘。也叫外业调绘,是根据需求人工到现

场进行调查测绘,在原有地图的基础上,绘出当前地物的变化。依据调绘成果对地图进行更新。

2.权威部门发布的地理信息。从当前来讲,准

确的地理信息很难及时发布出来,加上地方保护,并不是大多数制图单位都能够在第一时间获得这些地理信息。

3.从现有出版物转绘。一般来讲,地图制作单

位出图时间有先后之分,各单位获得资料的途径和先后也不同,先获得资料的单位制作的地图出版以后,其他制图单位就会根据其出版物转绘。

4.GPS 跟踪。利用车载GPS 记录车辆行驶轨

迹(如图1所示),从而获得道路的位置和走向。现

在很多单位,特别是GPS 导航地图制作公司多采用这种方法

。

图1　GPS 跟踪记录车辆行驶轨迹

综合以上几种传统地理信息的获取方法,可以看出它有以下不足:

1.周期长。不管是外业调绘或是GPS 跟踪,完

成周期都比较长。

2.资金花费大。人工到现场调绘除人员成本

外,还要花费交通费、差旅费等,总成本较高。GPS 跟踪需要驾车,要花费过路费、油费、人力成本、差旅费等。

3.时间滞后。传统方式实现的条件是必须在目标物完成以后进行,如GPS 跟踪必须在道路修通以后并且在允许通车的情况下完成。

4.可实现性和精度不够。有些地理信息无法

使用传统方法准确地获得,如湖泊形状、岛屿形状、河流走向等。这些地理信息即使能够获得,其精度也不高。

　　三、卫星影像地理信息的挖掘

中巴资源卫星为地图制图单位带来了福音,它可以为地图数据库建设提供最准确的地理信息,是一种成本更低的新的地理信息采集方式。中国地图出版社就是应用中巴资源卫星辅助地图制图的单位之一。为了让更多的单位来应用中巴资源卫星影像,使其创造更大的价值,下面结合中国地图出版社的实际应用情况就中巴资源卫星影像辅助地图制图进行研究和分析。

1.岛屿形状信息

岛屿形状信息是利用卫星影像辅助地图制图最典型的优势,采用实地测量虽然能够获得较为准确的信息,但是成本较大,工作周期长,采用其他采集方式不易取得全貌信息,而利用卫星影像可以很直观地得到岛屿的形状信息,可以在短时间内得到与岛屿、海洋相关的其他信息,为绘制海岸线提供最为准确的第一手资料。图2是上海江入海口

处的长兴岛和横沙岛及其周边岛屿卫星影像图及

利用影像资料更新地图前后的情况。

利用卫星影像更新岛屿、海洋、湖泊等通过调绘难以完成的任务是其他采集信息方式所无可比拟的。随着经济的发展,我国沿海地区有很多地方因填海或其他原因导致海岸线发生变化,如填海造田实现的首钢新址等。这些变化如果不借助卫星影像资料来辅助制图,将很难在地图上准确地表示出来。

2.河流信息

河流信息是卫星影像中能够提取的另一重要信息,它可以清晰地反映河流当前的状况。历年来,我国重视水利工程建设,河流的改动也非常大,但是关于河流变化的详细信息并没有通过公共渠道发布,所以地图制图人员难以得到关于河流变化的详细信息。卫星影像能够清晰地反映河流的变化,因此借助卫星影像更新河流位置和走向成为可能。三峡工程给长江带来的变化影响到了大量自然村的变化,但自然村的变化并没有见到官方的详细统计公布,这给制图人员更新地图带来了难度。借助卫星影像,利用其精确的地理信息与原地图数据库进行匹配,通过缓冲区分析就可以准确地计算出有多少个自然村因三峡工程而搬迁,从而可以对地图进行更新。

中国资料卫星应用中心现在提供的02B 星高精度卫星影像不但能够清晰地显示河流走向,而且能够清晰地显示河流与道路的关系,这对地图制图

卫星影像中河流信息对导航地图具有更重要的意义,因为河流信息在导航地图中也是表示内容之一,但是导航公司不可能像通过车载GPS更新道路一样更新河流。因此利用卫星影像具有地理坐标属性的特点,将它匹配到地图上就能够实现河流的更新。

水上建筑也是卫星影像能够获取的信息之一,例如为2008年奥运会新建的皮划艇比赛场馆,利用该处的HR影像就能够准确地绘制出其形状。

3.道路信息

道路信息是地图制图单位和人员最为关心的要素之一。目前,我国对交通地图的需求越来越多,对交通地图的现势性要求也越来越高。如何在第一时间为读者提供最新的交通地图成为地图制图单位重点考虑的问题之一。其关键因素就是能不能在第一时间得到道路的变化信息及最新道路的位置和走向。

通过前述的传统采集方法都只能在道路正式开通以后完成,而且中间还需要整理制作的时间,因此采用传统采集方式更新的地图要比道路开通时间迟几个月时间。我们再看看卫星影像采集道路信息方式,道路地基一旦打好以后,卫星影像即可以反映出此道路的信息,因此,在道路开通前几个月,卫星影像就可以辅助制图人员完成道路的更新,道路开通之日制图单位不用再次绘制地图就能完成道路更新,从而消除了从道路开通到成图之间的时间差。

铁路信息通过传统方法难以得到准确的位置和走向信息,制图人员借助卫星影像来更新最新修通的铁路既准确又方便。青藏铁路是我国举世瞩目的成果,它在中巴资源卫星影像上清晰显示,将它表示在我国铁路网地图上,可让每个中国人都能够目睹它的风采。

卫星影像不但能够显示道路位置和走向,而且在高分辨率影像上能够显示道路其他信息,如高速出入口、收费站、高速连接线等。这些信息也是地图必须表示的信息,同时也是读者关心的重要信息。

4.城市信息

高分辨率卫星影像含有丰富的城市信息,如城市道路、立交桥、楼房、公园设施、绿地、护城河等,对更新城市地图具有重要的意义。

5.其他信息

卫星影像是实际地物的“像片”,因此,除了上述地图制图所需要的信息外,还有大量其他信息,地图制图人员可以根据实际需要进行提取。特别是制作某区域专题图,它的作用可能超出您的估计。但判读专题要素需要较强的专业知识,不是一般制图人员所能够掌握的。

　　四、卫星影像辅助地图制图方法

中国资源卫星应用中心向用户公开提供的卫星影像是二级产品,是只经过系统纠正的产品。中心也可以提供精纠正产品,但要收取一定的费用。这里只针对二级产品的应用来作介绍。

1.获取影像

中国资源卫星应用中心提供两种影像下载,一种是CCD影像,一种是HR影像。CCD影像分辨率为19.5m,HR影像分辨率为2.36m。在下载影像之前制图人员需要知道自己的需求,如果是制作小比例尺地图就无需下载HR影像,下载CCD影像即可。在CCD影像达不到要求的情况下再下载HR 影像,这样既节约下载时间又节约处理时间。

2.卫星影像的处理

在使用卫星影像之前必须对它进行处理,CC D 影像下载后需要先将不同波段影像合成假彩色图像,以利于判读卫星影像中的相关信息。影像合成后利用对应比例尺的地形图或大比例尺地形图对影像进行几何纠正,生成高精度的卫星影像。影像纠正后图像有些模糊,可以使用Phot oshop软件对其进行锐化处理,并调整颜色,使不同信息区分更加明显。

另外要做的一项工作是投影变换,为了在纠正影像时更容易地对照地图数据库进行选点,最好将卫星影像变换成与用户的地图数据库相同的投影方式。

纠正卫星影像要根据制图需要来决定纠正的精确度,如果要得到精纠正影像就必须选取较多的平均分布点,工作量比较大;如果只是需要某一条道路,并且要求精度不高,只进行粗纠正即可,如制作小比例尺地图时就可以采用这种方法,粗纠正后根据此道路与其他要素的相对位置关系,将此条道路更新到地图数据库中。当然,我们是制作一般的出版地图,不是导航地图,如果制作导航地图就必须进行精确纠正。

3.绘　图

绘图过程可以采用两种方法:一是基于卫星影像处理软件,如Erdas,A rc/I nfo等专业软件或其他自开发软件绘制矢量数据,再将矢量数据导入地图数据库;二是将处理后影像导入制图软件作为底图进行矢量化。

(下转第58页)

余件,至2007年底,已累计行程1.3万千米,办案的效率和质量大大提高,充分体现了土地巡查车灵活、快速、机动的特点。

利用该项成果,课题组还对天津市国土资源局

现有的国土监察车进行了改造,形成了既可用于执

法又可用于调查的车载土地巡查调查系统,如图2所示。在天津市的土地执法监察和土地调查中同样发挥了重要作用

。

图2　土地监察巡查车系统外观及车内设备

五、结束语车载土地巡查系统有机集成了GPS 导航定位、

RS 影像、嵌入式GI S 、现代数据通讯、车辆工程改装等技术,形成了快速发现、准确核查的土地巡查技术手段,促进了土地执法巡查工作的现代化。通过车载土地巡查技术的研究及应用,可做到土地违法行为的早发现、早制止,避免土地违法既成事实后再进行执法处理、导致经济代价过大的难题。同时增强了土地督察和土地执法的威慑力,有

效地遏制了土地违法违规行为的上升势头,有利于进一步规范土地市场秩序。

　　参考文献:

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武汉大学出版社,2001.

[3]　马俊海,黄　明,戴广伟.实时车辆营运监控系统的建

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(上接第51页)

　　由于制图软件各不相同,具体矢量化方法在此

不再细述。

在绘图过程中不要只绘制所需对象,应当尽可能绘制出所需对象的周围参照对象,特别是待更新的地图数据中已有的对象。这样,不但可以验证绘制的地图数据的准确性,而且可以针对其中的小偏差进行再纠正。

五、应用效果采用上述方法利用遥感影像辅助地图制图在中国地图出版社的地图数据库更新和维护中起到了重要作用,为及时向地图编辑提供准确的地图数据提供了保障。在实际应用中主要使用了岛屿、海岸线、湖泊、河流、铁路、高速公路、国道、城市道路、居民地等信息,其中岛屿和公路信息的应用最为广泛、效果最好。

六、结束语在中国资源卫星应用中心的帮助下,中国地图出版社对中巴资源卫星影像辅助地图制图进行了研究和应用,效果理想。

值得提醒的是,由于卫星不可避免地受天气影响的原因,有些地区的卫星影像效果不理想,云覆盖率较大,无法应用。因此,应用卫星影像辅助地图制图不是万能的,它只能作为辅助地图制图的方式之一,不能全部依赖它。

同时,在应用卫星影像时要注意保密信息的处理。卫星影像含有的信息比较多,特别是一些高精度影像信息更多,其中可能会有一些涉密信息,制图人员必须具有一定的保密知识,正确甄别各种信息,遵守相关法律法规。

参考文献(略)下载本文