基于多源遥感影像的省级天地图更新技术研究

王银花

（1. 福建省基础地理信息中心，福建 福州 350003）

机构改革和职能调整赋予了天地图·福建公共服务平台更多的使命和责任，为切实履行“两统一”职责[1-3]，需要天地图·福建公共服务平台做好基础数据服务，加快电子地图数据更新，特别是影像电子地图的更新。做到每月一更新，保证影像数据的时效性，为自然资源调查、监测、评价、监管、执法提供现势性最优，覆盖面积全的卫星遥感底图数据服务。因此，如何利用多源、海量的遥感影像数据，快速生产更新现势性最优且清晰的影像电子地图，并及时发布到天地图·福建公共服务平台，对自然资源业务顺利开展具有非常重要的作用。

1 多源影像电子地图更新面临的问题

目前，天地图·福建公共服务平台影像电子地图数据源主要包括自然资源部国土卫星遥感应用中心、中国资源卫星应用中心、国家卫星海洋应用中心提供的公益性影像以及部分商业采购，公益性影像类型包括高分系列卫星、资源系列卫星、海洋卫星等，商业采购影像类型包括高景一号、吉林一号、北京二号等，空间分辨率为5 m至0.5 m，具体如表1 所示。影像数据来源广，类型多，现势性不同，影像质量也存在差异，重叠度大。面对众多的影像资源，在多景影像覆盖区域，如何确定影像显示的优先顺序，确保影像电子地图上每个区域表示的影像都是当前影像质量清晰、现势性最优的影像。如何正确处理影像结合图，使用户能够在天地图·福建公共服务平台上准确查询到与当前影像电子地图相匹配的影像信息，是当前影像电子地图更新面临的两大问题，也是本文研究的关键技术。

表1 天地图·福建影像数据来源情况

2 多源影像电子地图更新关键技术研究

2.1 影像电子地图更新技术路线

天地图·福建公共服务平台影像电子地图包括11～18级，其中11～16级采用的是分辨率为2.0～2.1 m的中分辨率影像数据；17～18级采用的是分辨率为0.8～0.5 m的高分辨率影像数据，对应显示比例尺如表2所示。

表2 天地图·福建影像电子地图级别和显示比例尺

本文以月度版17～18 级影像电子地图更新为例，介绍天地图·福建影像电子地图更新技术方法，具体的更新技术路线如图1 所示。首先是数据选取和预处理，选择分辨率优于0.8 m 的影像数据最为数据源，并进行影像质量把控、统一坐标、色彩均衡等预处理；然后利用ArcGIS软件创建镶嵌数据集，即新建一个GDB数据库，在数据库中新建镶嵌数据集，将预处理后的影像数据添加到镶嵌数据集中；接着构建镶嵌数据集中影像数据的轮廓线，确定数据镶嵌方法后，对云量比较多的影像、有黑边以及接边痕迹明显的影像区域进行轮廓线编辑处理，以保证图面不存在黑边，云层遮盖等现象，且整个图面自然过渡；最后进行电子地图瓦片裁切，导出最后处理完后的轮廓线并生产处理成与影像地图匹配的结合图，并将地图瓦片和结合图数据发布到天地图·福建公共服务平台供用户调用和查询。

图1 影像电子地图更新技术路线图

2.2 多源影像数据镶嵌方法研究

根据目前自然资源调查、动态监测以及违法图斑核查等执法业务需要天地图·福建提供最新的影像电子地图作为核查依据，对影像电子地图的现势性要求比较高，相同区域内有多景不同时相的影像数据重叠时，影像清晰的情况下，需以影像现势性为优先。因此，在利用ArcGIS制作影像数据镶嵌集的时候，需要对其影像数据镶嵌方法进行研究分析，并选择合适的镶嵌方法，使影像数据按照现势性从新到旧进行镶嵌。ArcGIS镶嵌集的镶嵌方法主要有以下8种：

1）None：是指根据镶嵌数据集属性表中的ObjectID 对栅格进行排序。

2）Center：显示距离屏幕中心最近的影像。

3）NorthWest：显示距离镶嵌数据集边界西北角最近的影像。

4）LockRaster：选择要显示的特定栅格数据集。

5）ByAttribut：基于属性表中的字段显示影像并设置影像优先级。

6）Nadir：通过最近视角到零视角的视角范围来显示栅格。

7）Viewpoint：显示距离所选视角最近的影像。

8）Seamline：使用接缝线在影像间进行平滑过渡[4]。

通过每种镶嵌方法的分析对比发现，除了ByAttribute 镶嵌方法外，其他7 种镶嵌方法都是软件自动控制镶嵌规则，不能进行人为干预，而ByAttribute 镶嵌方法可以根据需要选择属性表中的字段，根据字段值进行设置影像显示的优先顺序。具体镶嵌原理如图2 所示，根据轮廓线中的某个属性字段值进行升序或者降序的顺序，从上到下依次进行镶嵌。在影像镶嵌数据集中构建轮廓线以后，会自动生成多个属性字段，其中ZOrder 属性字段是一个空的数值型字段，可将影像数据显示的优先级权重信息存储在这个字段中。权重信息可以根据影像的现势性新旧从1 开始，从小到大依次排序，或者从大到小排序，然后在影像图层属性中，镶嵌方法选择ByAttribute，排序字段选择ZOrder字段。如果ZOrder属性值是按照现势性新旧从小到大排列的，则勾上升序选项，如图3 所示。相反，如果ZOrder属性值是按照现势性新旧从大到小排序，则不需要勾选升序选项，按照降序的方式进行镶嵌。通过这2 种排序方式都可以实现镶嵌数据集中的影像按照现势性新旧依次叠加显示。本文采用的是升序排列法。

图2 ArcGIS影像镶嵌原理图

图3 影像镶嵌方法设置示意图

2.3 结合图数据生产方法研究

影像电子地图发布服务之后，为了使用户能够查询到图上任意位置影像的现势性、影像类型等基本信息，需要发布与之相吻合的影像结合图服务。在镶嵌数据集里，影像重叠区域虽然只显示最上层的影像，但是影像轮廓线是相互重叠的，在进行影像信息查询的时候，影像重叠区域会有多景影像信息。为了准确查询当前影像电子地图影像信息，需要研究如何利用镶嵌数据集的轮廓线生产结合图数据，如图4 所示。通过分析影像数据的镶嵌方法，可以得到影像重叠区域内，轮廓线的叠加情况如图4 左边所示，需要进一步处理成图4 右边所示，即多景影像重叠区域，结合图要素面之间没有重叠，只保留最上层的影像数据的结合图信息。

图4 结合图正确处理示意图

根据结合图数据要求，天地图·福建影像电子地图的结合图生产方法是采用FME数据处理软件，利用多个函数搭建数据批处理模块，对镶嵌数据集轮廓线进行快速处理，生成影像电子地图的结合图。具体处理方法如图5所示。

图5 结合图处理流程图

首先利用AreaOnAreaOverlayer面叠置运算，将所有输入要素互相求交并输出结果[7]，如图6所示，假设将左图蓝色要素和橙色要素进行面叠置运算处理后，将得到右图蓝色面要素、橙色面要素以及黄色要素列表c，黄色面要素列表c包含2个面要素。

图6 AreaOnAreaOverlayer面叠置运算示意图

通过面叠置运算之后，将所有输出要素利用ListSorter 函数进行排序，将含有一个以上面要素的要素列表按照属性ZOrder 字段进行升序依次向下叠加排序，取第一个要素面作为相交部分的要素，即取ZOrder 值最小的面要素，删掉列表后其他的要素，解决消除面要素重叠问题。然后通过Dissolver函数，将剩余要素中ZOrder 值相同且名称一样的相邻要素进行合并，最后利用FeatureMerger 对多余字段、重复字段进行删除、合并和整理，最终得到没有重叠，且与影像电子地图所显示的影像数据吻合的结合图数据。

3 结 语

本文研究了基于ArcGIS镶嵌数据集处理多源影像数据，并对影像镶嵌数据集镶嵌方法进行了分析，提出了利用FME软件中的函数搭建数据批处理模块处理结合图数据的方法。解决了面对多源、海量的影像数据源，影像电子地图更新中影像设置显示优先级问题和结合图数据不准确问题，实现了在影像电子地图生产过程中，按照现势性新旧显示影像，保证全省范围内所用的数据是当前可用于更新的现势性最好的影像数据，同时也实现了结合图的快速处理。该研究成果应用于天地图·福建月度影像电子地图更新，提高了影像电子地图更新效率，保障月度影像电子地图的时效性，及时为自然资源监测、执法等业务提供最新的底图服务。