鄭偉安 孟大鵬 王秀元

1.山東省國(guó)土測(cè)繪院 山東 濟(jì)南 250013

2.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院 山東 濟(jì)南 250013

3.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院 山東 濟(jì)南 250013

1 引言

為全面掌握自然資源和人文地理要素的類型、面積、范圍、分布和變化情況，支撐國(guó)土空間規(guī)劃編制和監(jiān)督，城市體檢評(píng)估和用途管制等國(guó)土空間治理工作[1]，2022年自然資源部啟動(dòng)了城市國(guó)土空間監(jiān)測(cè)工作，要求以2021年度國(guó)土變更調(diào)查成果為底圖，以收集到的專題資料為指引，使用最新、最優(yōu)遙感影像，利用多種技術(shù)手段，結(jié)合實(shí)地調(diào)查方式，確定國(guó)土空間監(jiān)測(cè)對(duì)象的位置、范圍和屬性。根據(jù)技術(shù)方案要求，監(jiān)測(cè)采用現(xiàn)勢(shì)性為2022年的優(yōu)于1米分辨率的數(shù)字正射影像，類型包括衛(wèi)星影像、航空影像等。由各作業(yè)單位根據(jù)實(shí)際情況，綜合分析影像分辨率、時(shí)相等因素，選取效果最佳，更加適合城市地理空間監(jiān)測(cè)的數(shù)字正射影像作為2022年城市國(guó)土空間監(jiān)測(cè)的影像成果數(shù)據(jù)源，按相關(guān)技術(shù)要求生產(chǎn)完成后，形成符合監(jiān)測(cè)要求的正射影像（DOM）成果。

2 監(jiān)測(cè)數(shù)字正射影像生產(chǎn)

2.1 技術(shù)指標(biāo)及要求

根據(jù)國(guó)家技術(shù)方案要求，影像成果可按整景、1:10000標(biāo)準(zhǔn)分幅和縣域三種方式中的一種方式提交，根據(jù)往年經(jīng)驗(yàn)結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)情況及方便 生產(chǎn)原則，本年度數(shù)字正射影像成果按1:10000DOM標(biāo)準(zhǔn)分幅成果提交，提交內(nèi)容由數(shù)字正射影像文件、記錄影像地理坐標(biāo)信息的影像信息文件、記錄影像投影信息的投影信息文件、元數(shù)據(jù)文件及金字塔數(shù)據(jù)五部分組成[2]，以標(biāo)準(zhǔn)分幅為單元進(jìn)行組織、存儲(chǔ)、匯交。影像成果平面坐標(biāo)采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系（CGCS2000），高斯-克呂格投影，3°分帶。影像投影信息文件和元數(shù)據(jù)均為XML格式，按圖幅為單元制作。

2.2 總體技術(shù)路線

以2022年省級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪0.2m分辨率1:2000 比例尺DOM、0.5m分辨率1:10000 比例尺DOM數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，經(jīng)過影像分幅裁切、鑲嵌接邊、接邊影像分幅等工序完成符合技術(shù)要求的1:10000比例尺標(biāo)準(zhǔn)分幅數(shù)字正射影像制作。技術(shù)流程圖見圖1。

圖1 DOM生產(chǎn)流程圖

2.2.1 資料收集與分析

根據(jù)山東省影像數(shù)據(jù)源情況，已經(jīng)處理完成了現(xiàn)勢(shì)性為2022年4-6月份的6.4萬(wàn)km21:2000標(biāo)準(zhǔn)分幅0.2m分辨率航空數(shù)字正射影像和9.4萬(wàn)km21:10000標(biāo)準(zhǔn)分幅0.5m分辨率衛(wèi)星數(shù)字正射影像，該成果已通過驗(yàn)收，符合精度要求，可作為數(shù)據(jù)源直接使用。收集完成后根據(jù)分別按38、39、40、41四個(gè)分帶號(hào)進(jìn)行整理存放。為確保原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全和數(shù)據(jù)讀取效率，一般選取一塊8T硬盤作為該項(xiàng)目的專用盤進(jìn)行操作。數(shù)據(jù)按分帶號(hào)整理后，需使用1:2000DOM成果結(jié)合表對(duì)照全省1:10000正射影像結(jié)合表進(jìn)行分析，對(duì)于相鄰分帶處存在1:10000DOM圖幅不滿幅的情況，需將另一相鄰分帶1:2000DOM成果在ARCGIS軟件進(jìn)行坐標(biāo)換帶后，放入相應(yīng)的分帶號(hào)文件夾內(nèi)，以備后續(xù)裁切工作使用。相鄰分帶間影像接邊也可在分幅裁切后，使用PHOTOSHOP軟件手動(dòng)進(jìn)行接邊處理。

2.2.2 影像分幅裁切

數(shù)字正射影像的裁切是城市國(guó)土空間監(jiān)測(cè)數(shù)字正射影像制作的關(guān)鍵一步。影像按GB/T13989規(guī)定的圖幅內(nèi)圖廓線最小外接距形向四邊擴(kuò)展圖上10mm[3]，即實(shí)地100m的距形進(jìn)行裁切。為制作完成全省1:10000DOM圖廓，基于C#語(yǔ)言專門開發(fā)了相關(guān)工具，基于圖幅標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)圖廓線自動(dòng)生產(chǎn)正射影像圖廓。圖幅標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)圖廓根據(jù)經(jīng)緯度由軟件自動(dòng)生成，制作正射影像圖廓前，需將不同分帶的內(nèi)圖廓根據(jù)帶號(hào)進(jìn)行重投影，投影生成平面坐標(biāo)系。然后由程序逐圖幅讀取內(nèi)圖廓四角坐標(biāo)，然后取X、Y的極大或極小值后，除以影像分辨率后取整，再乘以分辨率，作為正射影像起始和終止坐標(biāo)，最終生成符合規(guī)范要求的正射影像圖廓。由于正射影像圖廓坐標(biāo)與影像分辨率相關(guān)，因此不同分辨率正射影像的標(biāo)準(zhǔn)圖廓坐標(biāo)值不同，當(dāng)影像分辨率不同時(shí)，正射影像的標(biāo)準(zhǔn)圖廓不是通用的，需要根據(jù)分辨率重新生成。

影像分幅裁切使用航天遠(yuǎn)景軟件公司的DEMX軟件進(jìn)行，該軟件支持一次性處理海量影像的自動(dòng)化裁切任務(wù)，中間不需人工干預(yù)。首先在DEMX軟件下按分帶導(dǎo)入1:2000分幅數(shù)字正射影像，然后導(dǎo)入1:10000DOM標(biāo)準(zhǔn)圖廓，根據(jù)導(dǎo)入影像范圍選擇后DOM標(biāo)準(zhǔn)圖廓并設(shè)置好裁切參數(shù)后，根據(jù)DOM圖廓和圖廓內(nèi)圖號(hào)自動(dòng)化進(jìn)行影像裁切，生成的影像名稱和圖號(hào)一致，格式為GeoTiff+TFW。DEMX軟件可識(shí)別的1:10000DOM標(biāo)準(zhǔn)圖廓格式為DXF格式，需在Arcgis軟件下新建一個(gè)*.mdb格式文件，將DOM圖廓（shp格式）導(dǎo)入mdb文件，將圖號(hào)進(jìn)行標(biāo)注，將標(biāo)注轉(zhuǎn)換為注記后，使用要素轉(zhuǎn)CAD命令將圖廓和注記導(dǎo)出dxf數(shù)據(jù)，這時(shí)dxf數(shù)據(jù)仍不能導(dǎo)入DEMX軟件，需要使用GlobleMapper軟件將dxf數(shù)據(jù)另存為dxf格式后，才能導(dǎo)入DEMX軟件。

DEMX軟件裁切的正射影像格式為GeoTiff格式，需使用PHOTOSHOP軟件的另存功能轉(zhuǎn)成TIF格式。部分省界外及海域影像存在不滿幅情況，這些圖幅的無(wú)數(shù)據(jù)區(qū)域，DEMX分幅裁切后為白色，按照技術(shù)要求，需在PHOTOSHOP軟件中，使用魔棒工具進(jìn)行選擇并填充為黑色（RGB值為：0，0，0）。

2.2.3 影像接邊

1:10000比例尺數(shù)字正射影像標(biāo)準(zhǔn)分幅裁切完成后，對(duì)航空數(shù)字正射影像和衛(wèi)星數(shù)字正射影像進(jìn)行接邊處理。不同分辨率、不同數(shù)據(jù)源數(shù)字正射影像的接邊工作量大，工作復(fù)雜。通過成果結(jié)合表對(duì)0.2m航空和0.5m航天數(shù)字正射影像重疊區(qū)域進(jìn)行分析，根據(jù)重疊區(qū)域選取接邊圖幅進(jìn)行接邊。重疊區(qū)域滿幅的0.2m航天數(shù)字正射影像應(yīng)直接使用，不需作接邊處理。

根據(jù)項(xiàng)目要求，接邊時(shí)，需要將接邊圖幅的0.2m分辨率影像重采樣成0.5m分辨率數(shù)字正射影像，由于0.5m分辨率正射影像和0.2m分辨率正射影像的圖廓坐標(biāo)不一致，因此不能將裁切后0.2m分辨率的接邊圖幅直接重采樣后進(jìn)行接邊，而是在進(jìn)行影像裁切之前就要確定0.2m分辨率1:10000分幅航空數(shù)字正射影像和需要重采樣成0.5m分辨率1:10000分幅航空數(shù)字正射影像的具體圖幅，并使用標(biāo)準(zhǔn)DOM圖廓后分別進(jìn)行裁切。由于DEMX軟件導(dǎo)入數(shù)據(jù)需要時(shí)間較長(zhǎng)，同一分帶影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，裁切生成0.2m分辨率1:10000分幅正射影像后，再導(dǎo)入0.5m分辨率1:10000DOM分幅圖廓進(jìn)行分幅裁切，生成0.5m分辨率1:10000分幅正射影像，可節(jié)約大量影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入時(shí)間。

影像接邊時(shí)，如涉及接邊數(shù)據(jù)量過大，可分多個(gè)區(qū)域進(jìn)行鑲嵌接邊處理。接邊時(shí)，如果涉及數(shù)據(jù)量較大一般采用Orthovista軟件建立接邊工程，通過軟件的鑲嵌線自動(dòng)計(jì)算功能生成鑲嵌線后，再通過對(duì)鑲嵌線的人工編輯進(jìn)行鑲嵌接邊，使用Orthovista軟件接邊時(shí)，需要確保兩側(cè)接邊圖幅范圍不能完全一致，否則軟件無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算鑲嵌線。數(shù)據(jù)量較小則可使用PHOTOSHOP軟件直接進(jìn)行接邊。接邊完成后，使用DEMX軟件對(duì)影像重新進(jìn)行分幅裁切，制作生成1:10000標(biāo)準(zhǔn)圖幅DOM成果。

2.2.4 元數(shù)據(jù)制作及數(shù)據(jù)組織

元數(shù)據(jù)是對(duì)數(shù)據(jù)成果的描述性數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)名稱，坐標(biāo)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)范圍、數(shù)據(jù)源情況、數(shù)據(jù)精度、現(xiàn)勢(shì)性、生產(chǎn)時(shí)間等。影像元數(shù)據(jù)屬性項(xiàng)高達(dá)98項(xiàng)且每年都會(huì)根據(jù)實(shí)際需求變更，人工填寫制作耗時(shí)耗力且容易出現(xiàn)填寫錯(cuò)誤，為此專門基于C#語(yǔ)言開發(fā)了城市國(guó)土空間監(jiān)測(cè)影像元數(shù)據(jù)生產(chǎn)程序，該程序科學(xué)高效，具備可定制性，能夠快速準(zhǔn)確的完成元數(shù)據(jù)制作任務(wù)，較人工制作元數(shù)據(jù)，可節(jié)約工作量100多人天。

制作正射影像元數(shù)據(jù)需要收集數(shù)據(jù)生產(chǎn)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，主要為各作業(yè)區(qū)的數(shù)據(jù)源情況。因此，在數(shù)據(jù)源影像生產(chǎn)工序，就必須提前謀劃，要求各作業(yè)單位按照監(jiān)測(cè)影像生產(chǎn)的技術(shù)要求，制作數(shù)字正射影像空三加密結(jié)圖表，填寫航攝儀、航攝時(shí)間、攝區(qū)代號(hào)、焦距、空三報(bào)告精度等相關(guān)信息。衛(wèi)星影像生產(chǎn)時(shí)，保留好鑲嵌線及相關(guān)內(nèi)部屬性，作為后期城市國(guó)土空間監(jiān)測(cè)影像成果元數(shù)據(jù)和生產(chǎn)元數(shù)據(jù)填寫的主要資料。

正射影像接邊完成后，需將空三加密結(jié)圖表根據(jù)接邊后影像進(jìn)行編輯，并同衛(wèi)星影像鑲嵌線進(jìn)行了擦除、合并、編輯等處理后形成了完整無(wú)縫的全省數(shù)字正射影像鑲嵌線成果。然后采用Arcgis軟件的空間連接功能使用影像鑲嵌線成果對(duì)全省1:10000監(jiān)測(cè)DOM結(jié)合表進(jìn)行空間屬性掛接，將鑲嵌線屬性掛接到以圖幅為單位的DOM結(jié)合表中，最終整理成元數(shù)據(jù)生產(chǎn)需要的字段和屬性。元數(shù)據(jù)制作程序通過讀寫DOM結(jié)合表中的字段屬性信息實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)生產(chǎn)的自動(dòng)化，部分固定屬性值可在程序中進(jìn)行設(shè)定。

影像生產(chǎn)部門需要向下一工序提供影像數(shù)據(jù)，同時(shí)也需提交以標(biāo)準(zhǔn)分幅的影像鑲嵌線成果，作為監(jiān)測(cè)成果生產(chǎn)元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源。監(jiān)測(cè)成果的生產(chǎn)元數(shù)據(jù)中對(duì)于影像的描述信息主要包括影像的標(biāo)識(shí)符、現(xiàn)勢(shì)性和數(shù)據(jù)源類型等，本項(xiàng)目的影像標(biāo)識(shí)符同影像裁切方式相關(guān)，和影像的圖號(hào)一致。生產(chǎn)元數(shù)據(jù)是無(wú)縫非重疊的，需要使用處理后的鑲嵌線成果對(duì)涉及到的1:10000標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)圖廓進(jìn)行分割、合并、屬性掛接等處理后，形成的最終成果提供給生產(chǎn)作業(yè)單位用于生產(chǎn)元數(shù)據(jù)制作使用，該項(xiàng)工作提高了生產(chǎn)作業(yè)單位的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)元數(shù)據(jù)填寫的準(zhǔn)確性。

在數(shù)據(jù)的組織方面，成果是以標(biāo)準(zhǔn)分幅為單元進(jìn)行組織、存儲(chǔ)、匯交。成果除數(shù)據(jù)本身外，還包括元數(shù)據(jù)、影像投影信息文件和金字塔數(shù)據(jù)。

我們根據(jù)影像成果標(biāo)準(zhǔn)分幅結(jié)合表提供的圖號(hào)信息，建立*.bat文件，實(shí)現(xiàn)文件夾的自動(dòng)建立，投影信息的自動(dòng)制作和數(shù)據(jù)的組織。具體步驟為建立一個(gè)txt文件，在其文檔內(nèi)編寫批處理命令后，將其擴(kuò)展名改為bat，雙擊即可執(zhí)行相關(guān)操作。

例如，根據(jù)圖號(hào)建立文件夾，可使用下列命令：

MD E:DOMJ50G096087

MD E:DOMJ50G096088

……

相同分帶投影信息文件是相同的，可根據(jù)圖幅所在分帶，使用COPY命令制作分幅影像的投影信息文件，如：

COPY 源路徑39.XML 目標(biāo)路徑J50G096087P.XML

其中39.XML為帶號(hào)39的投影信息文件，J50G096087P.XML為圖號(hào)J50G096087的影像投影信息文件，P代表投影。

影像成果的數(shù)據(jù)整理，需要使用MOVE命令，將制作好的影像、坐標(biāo)文件、元數(shù)據(jù)、投影信息文件和金字塔數(shù)據(jù)放入到以圖號(hào)為組織單元的文件夾內(nèi)，如MOVE 源路徑J50G096087P.XML 目標(biāo)路徑 J50G096087上面命令是將J50G096087的投影信息文件移動(dòng)到目標(biāo)路徑下的J50G096087文件夾內(nèi)。

3 經(jīng)驗(yàn)與建議

城市國(guó)土空間監(jiān)測(cè)數(shù)字正射影像生產(chǎn)時(shí)間緊、任務(wù)重、要求高。必須在項(xiàng)目數(shù)據(jù)采集任務(wù)開始前完成全部影像數(shù)據(jù)的生產(chǎn)工作，以便一次性提供給作業(yè)單位。為確保各項(xiàng)工作科學(xué)有序開展，一是要提前謀劃，提前收集好需要的數(shù)據(jù)資料，并根據(jù)數(shù)據(jù)量大小，安排好專門的存儲(chǔ)設(shè)備，為確保生產(chǎn)效率，一些比如影像分幅裁切等自動(dòng)化程度高、耗時(shí)較多的工序盡可能利用好下班后、周末等時(shí)間上軟件自動(dòng)完成，上班時(shí)間主要用來處理影像接邊、元數(shù)據(jù)制作等需人工干預(yù)的工序。二是項(xiàng)目開展前要考慮到前后工序的銜接，需要上工序提供的數(shù)據(jù)，如衛(wèi)星影像鑲嵌線和空三結(jié)合表等要提前制定好模板，要求作業(yè)單位按統(tǒng)一格式提交，否則如果沒有保留相關(guān)數(shù)據(jù)，會(huì)給影像生產(chǎn)造成很大被動(dòng)，向下工序提交成果時(shí)，除應(yīng)提交的影像成果外，也要提交經(jīng)過處理后的鑲嵌線成果，方便下工序生產(chǎn)作業(yè)。