论遥感技术在地图制图中的作用

关于遥感技术在地图制图中的探析

[摘要]随着遥感技术的不断成熟，现代遥感技术已经能够提供动态化、快速化、准确化的对地观测的需要。遥感技术的发展直接带动遥感制图水平的提升，地图制图作为遥感研究的重要部分已经成为应用于国民建设的重点。本文主要对目前遥感制图的现状进行了分析，对于遥感影像处理进行了简单的了解以及对未来的遥感制图的展望。

关键词：遥感技术，地图制图，影像处理

Abstract: With remote sensing technology continues to mature, modern remote sensing technology has been able to provide dynamic, fast, the need for accuracy of earth observation. This paper introduced the current current situation of remote sensing mapping method, the remote sensing image processing has carried on the simple understanding and the prospect of remote sensing mapping for the future.

Key words: remote sensing technology; cartography; image processing

引言：

科学技术无疑已经成为推动经济发展的强劲动力，随着各种群体对地图需求的不断提高，现有的地图已经远远不能满足经济发展的需求。遥感技术是当今新兴的高科技技术，在我们生活的诸多领域应经扮演起重要的角色。航天事业的发展直接带动了遥感航空拍摄技术的提升，许多分辨率比较高、信息量比较大、获取周期较短和现势性比较强的影像不断冲击着我们的大脑。影像制图将成为以后地图制图的重点发展方向，它能够在军事、数字化城市、抢险救灾、地籍查询等方面发挥巨大的作用。

1、遥感制图的现状分析

目前国内外的遥感制图都是在自己拥有的设备基础条件下，根据自己国家的所需进行制图，所以目前的成图方法有多种，制造出的产品也各有不同。经过综合分析，成图的主要方式可分为两种；一种是利用比较传统的常规设备手工制图；另一种是利用专用的图像处理环境自动制图或半自动制图。遥感制图的产品有三种形式。

1）把遥感信息作为资料，人工或计算机提取各种信息来编制各种各样的专题地图。

2）遥感影像图是把遥感信息通过计算机进行纠正与光学处理后没有线划要素的正射影像图，它本身的特点是有较强的直观性，不足之处是在专题和地理基础信息上的指示性还不够具体，不够明确。

3）遥感影像地图只是单纯的强调影像地图，特点是遥感影像在地图上能够显示，但又不是单纯的影像图。

通过目前对遥感制图产品的总结，其产品形式主要有遥感影像地图, 三维影像图, 正射影像图,随着遥感技术的不断成熟与发展出现了一些新颖产品比如多媒体影像地图、电子影像地图和立体全息影像地图等。

1.1正射影像图

正射影像是指把地形的起伏变化、传感器的倾斜以及地物的其它因素造成畸变的影像消除掉后的影像。影像图以其独特的特点受到青睐，尤其是近几年来我国综合国力的提高，航空与航天测量技术有了质的飞跃，它作为一项4D产品已经逐渐成熟并走进现实。正射影像同线画图相比有以下几项进步。

1）影像图具有较高的直观性，画面鲜活生动，易懂。

2）影像图囊括的信息涉及范围广，细节性的显示比较清楚，在土地资源管理、城市综合规划、公路以及铁路选线等方面作用明显。同线画图线比较，线画图损失的影像信息较大，无法满足群体对地图可视化的需求。

1.2遥感影像地图

遥感技术的不断发展直接带动制图体制方法的改变。我国对于影像地图(RSIM)的研制开始于20世纪的70年代，遥感影像地图把遥感影像作为基础，以一定的数学规则，按一定的比例尺把地图的专题信息以及地理基础的信息以注记、符号和线画等形式进行整合，再缩编到以我们居住地球的表面影像作为其背景信息的平面上的地图，这种地图能够反映出具体的各种资源环境分布和社会经济现象的地理分布状况。

这种地图不只是专题地图，也不只是遥感正射影像图。它的特点是能够充分的体现出图形的基本要素和遥感影像上的高度统一，背景的来源是影像，影像的目的是更好地体现出地图的主题。遥感影像图充分集合了地图的优点与遥感影响的优点，因此它的可测量性与可读性是遥感影像所难以比拟的。另外同普通地图相比较它内容丰富而具体，客观而真实，层次分明而清晰是地图与影像双重优势的集中体现。

1.3三维遥感影像图

三维遥感影像图的主要特点是比较直观。我们比较常见的三维遥感影像图主要有三维地质影像图、三维地貌影像图、和其它的三维影像地图等。遥感影像与数字地面(高程)模型对于三维遥感影像制图而言是绝对不可缺少的必备元素。但是随着技术的不断进步，前一段时间在北京投产研发的正三维立体卫星影像图主要依赖原始的卫星图像，不用DEM 数据的支持，就可以实现多种比例尺的成图，被广泛的应用于水文勘测、地质灾害，矿藏寻找和军事等多种不同的领域。

2、遥感影像处理

遥感影像成像过程中，由于一系列外部因素如地球自转、地球曲率等引起的或由传感器内部的畸变造成了图像的各种几何畸，以及由于各种因素的影响，如传感器响应特性和大气的吸收、散射及其它随机因素影响，使得遥感图像存在一定辐射量失真现象。这使得遥感影像需经过一系列校正处理，包括几何校正，辐射增强，噪声处理等，这就需要经过遥感影像处理过程，来增强遥感影像的精确度。

2.1图像恢复

1、几何校正：消除原始图像中的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像的过程，分为几何粗校正和精校正两种。几何粗校正是根据卫星轨道公式将卫星的位置、姿态、轨道及扫描特征作为时间函数加以计算，来确定每条扫描线上的像元坐标，这些在卫星地面站已经处理。几何精校正主要包括两个环节：一是像素坐标的变换。二是对坐标变换后的像素亮度值进行重采样。

具体的校正过程主要包括：

1）选取地面控制点

地面控制点应在图像上有明显的、清晰的定位识别标志，如道路交叉点、农田边界等；应不随时间而变化；地面控制点应当均匀分布在整幅图像，且有一定的数量保证，至少应超过多项式系数的个数。

2）建立多项式纠正模型

一般次数越高，纠正精度越高，但要求控制点的数量也多，而且计算量较大，因此常用的纠正模型为二次多项式，具体可根据实际情况确定。

3）灰度值重采样

4）验证纠正精度

检查校正后的精度，要求误差控制在0.5个像元以内，当误差较大时，调整校正式或控制点。

2、辐射校正：消除图像数据中依附在辐射亮度中的各种失真的过程。辐射误差产生的原因包括传感器响应特性、太阳辐射（高度、方位）、地形以及大气条件等。因此完整的辐射校正包括传感器校正、大气校正以及太阳辐射和地形校正。常用的大气校正方法有三种：

野外波谱测试回归分析、辐射传输方程计算法和波段对比法。

2.2影像增强

1、辐射增强是一种通过直接改变图像中像元亮度值来改变图像的对比度，从而改善图像质量的图像处理方法，主要以图像的灰度直方图为分析处理的基础。常用的辐射增强方法有线性拉伸、线性压缩、分段线性变换、对数变换、指数变换、直方图均衡化直方图规定化等。

2、空间增强技术

空间增强技术是利用像元与其周围相邻像元的灰度值进行运算（卷积运算），达到增强整个图像之目的，也称为空间滤波。卷积运算（Convolution）将整个像元分块进行处理，用于改变图像的空间频率特征。卷积运算的关键是模板，主要用于对图像进行平滑和锐化处理，平滑是抑制噪声改善图像质量或减少变化幅度，使亮度变化平缓所做的处理，常用的方法有均值平滑和中值滤波等；锐化是为了突出边缘、轮廓和线状目标信息所做的处理。

3、频率域增强

实质上，在图像中，像元的灰度值随位置变化的频繁程度可以用频率来表示。对于边缘、线条、噪声等特征，在较短的像元距离内灰度值变化的频率大；而均匀分布的地物或大面积稳定结构具有较低的变化频率。

频率域增强方法的基本过程为：首先将空间域图像通过傅立叶变换为频率域图像，然后选择合适的滤波器对频谱成分进行增强，再经过傅立叶逆变换变回空间域，得到增强后的图像。根据处理效果，将所采用的滤波器分为平滑和锐化两类，平滑主要是保留图像的低频部分抑制高频部分，锐化主要是保留图像的高频部分而削弱低频部分。

2.3分析分类

1、多光谱增强

主成分变换：同时由于主成分变换后的前几个主分量包含了主要的地物信息，噪声较少，因而可以突出主要信息，抑制噪声，达到图像增强的目的；另外，它也可以用于分类前的预处理，减少分类的波段数并提高分类效果，即作为特征选择的方法。

缨帽变换：其变换后的相互垂直的坐标轴不是指向主成分方向，而是指向与地面景物有密切关系的方向，为植被研究，特别是分析农业特征提供了一个优化显示的方法，同时又实现了数据压缩，具有重要的实际应用意义。

2、非监督分类和监督分类：

非监督分类（Unsupervised Classification）指不必对影像地物获取先验知识，仅依靠影像上不同类地物的光谱线性进行特征提取，以提取出统计特征的差别来达到分类目的的方法。

监督分类则需要在分类前人们对遥感图像上某些抽样区中影像地物的类别属性已有了先验知识，即先要从图像中选取各类地物样本训练分类器。

3、遥感制图产品实现

遥感制图的主要方向是在数字环境下实现产品的制作，美国、加拿大、法国、澳大利亚等国家已经有比较成熟的遥感影像处理软件，遥感影像制图也就变得并非难事。我国也已经研发了自主产权的遥感影像处理软件，虽然这些软件同国外比较成熟的遥感影像制图软件相比还有些不足，比如有些软件还需要人工干预，但同以前的制图方法相比较在时间上缩短了成图的周期，在成图效率上大大提高，在劳动量也有了减少。相信随着遥感技术的进步，遥感制图将取得更大的进步。

总结：

近年来随着经济的突飞猛进和遥感制图技术的普及运用遥感制图生产体系建设必将成

为国家经济建设的重点项目。科技的进步带动国民对地图需求的不断提高，以后遥感制图的产品种类还会更加丰富。