高分二号卫星遥感影像制图处理

北京揽宇方圆信息技术有限公司
高分二号卫星遥感影像制图处理
随着对地观测技术的快速发展，卫星遥感空间分辨率的逐渐提高，使遥感数据大比例尺应用成为可能，为迫切需求的高分辨率数据产品制图提供了数据保障。

与传统的低空间分辨率遥感数据相比，高空间分辨率遥感数据在很大程度上增加了地表信息量，可以更加细致地反映地物细节，但同时也增加了数据量和数据的复杂性。

遥感影像制图是遥感技术应用的一个重要内容，以遥感影像和地图符号来表现制图对象地理空间分布和环境状况。

在遥感影像地图中，图面内容主要由影像构成，辅助以一定地图符号来表现或说明制图对象。

相比传统地图，遥感影像地图不仅信息量丰富，而且形象直观、现势性强，提高了地图的可读性。

高分二号卫星是我国目前空间分辨率最高、观测幅宽最大的民用遥感卫星，大幅提升了我国遥感卫星观测效能，对城市规划发展、生态环境监管、地图测绘更新等行业应用提供数据支撑。

根据长期环境遥感制图实践，本文总结了遥感影像制图的主要流程，并针对高分二号卫星影像制图中自然真彩色波段合成、成图比例尺和出图分辨率的选择等关键问题进行了分析研究，以提高应用高空间分辨率遥感影像进行环境制图的水平。

1高分二号卫星
高分二号卫星于2014年8月19日成功发射，是我国目前分辨率最高的民用陆地观
测卫星，搭载有两台高分辨率1m全色、4m多光谱相机，星下点空间分辨率可达0.8m，运行在631km高空的太阳同步回归轨道中，轨道倾角97.908°，降交点地方时为上午10:30，设计寿命5~8年，回归周期69日。

高分二号卫星主要载荷技术指标见表1。

高分二号卫星传感器波段设计应用比较广泛。

全色传感器具有亚米级空间分辨率，多光谱传感器设计了蓝、绿、红、近红外４个波段，完全满足常规遥感影像地图制作的数据需求。

既可以采用单独全色影像数据制作高分辨率影像图，也可以采用多光谱影像数据制作彩色影像图，同时，可以进行全色和多光谱数据融合后，制作高分辨率的彩色遥感影像图。

2制图流程
常规卫星遥感影像制图流程如图1所示，包括数字正射影像图制作、影像制图与整饰、成图输出与印刷等３部分主要内容。

2.1数字正射影像制作
数字正射影像制作主要采用几何精校正/正射校正、影像融合、匀色镶嵌/裁切等处理过程，生成色调均匀、无缝镶嵌的标准遥感影像图。

首先，根据制图要求，选择所需时相、制图范围云量覆盖较少的数据。

其次，进行区域网平差与正射校正，提高影像的空间定位精度，达到制图要求。

然后将高空间分辨率全色影像和低空间分辨率的多光谱影像融合，提高制图视觉效果。

再进行
真彩色波段合成，有助于地物识别。

最后将多幅影像匀色镶嵌或将某一区域进行剪裁成制图区域。

2.2影像制图与整饰
根据制图区域和制图对象的特点，选择合理的图幅规格和制图版式，设置标准清晰的主题要素信息的分类、分级及符号化方法。

定义数学地理基础，包括平面坐标系、地图投影、高程基准、深度基准等。

添加相关的地图制图要素进行地图整饰，包括图名、图例、图廓、比例尺、公里格网、指北针、图记文字等信息。

制图要素需符号风格、颜色、粗细等协调，简单精炼。

最后，在主图下方空白处配置相关文字说明、附注等，包括制图单位、数据来源、成像时间等相关信息。

2.3成图输出与印刷
制图成果应版面清晰，无模糊虚断、接边明显等现象。

质量检查合格后，在制图软件中保存地图，选择合适像素分辨率输出地图，保证打印成图的清晰。

根据制图图幅大小印刷图件，非标准图幅可待打印出图后裁切成成果图大小。

通常，A0图幅可采用高光相纸进行打印，A4—A3等图幅可采用铜版纸打印。

3关键问题
3.1自然真彩色波段合成
遥感影像平面图的影像应层次丰富、清晰易读、色调均匀、反差适中；融合后的影像色彩应接近真实自然，色彩均衡，无明显偏色与拼接痕迹。

遥感影像自然真彩色合成常用的方法主要有3种:
①直接用多光谱影像的红、绿、蓝波段对应R/G/B通道合成，一般用于在计算机上快速查看地物细节信息；
②利用已有波段加权运算重新生成红、绿、蓝波段，一般用于增强植被、水体等地物颜色层次，提高遥感影像制图的色彩信息；
③利用其他波段信息重新生成某一波段，一般用于缺少波段的传感器。

为提高制图质量，通常在用制图软件出图后，再用Photoshop进行图片增强处理，通过曲线、色阶、色彩平衡、色相饱和度等对图像进行调色，达到理想的效果。

高分二号卫星高分辨率影像具有近红外、红、绿、蓝4个波段。

在制图过程中，若直接采用红、绿、蓝波段组合真彩色合成，影像基本上接近各类地物实际色彩，但植被的显示效果并不理想，主要反映在植被整体色调偏暗，植被内部的层次感不强，影响了制图视觉效果。

为此，通常采用波段加权运算增强植被信息，对绿波段和近红外波段进行加权后代替原来的绿波段，然后进行波段合成。

如式(1)所示
式中，a为权重值,一般取0.8~0.9。

下面选择2016年8月27日北京鸟巢周边的高分二号卫星影像为例，进行正射校
正、数据融合处理，对融合后的数据进行波段加权运算，重构真彩色影像，如图2和图3所示。

对比图2和图3，从目视效果看，经过波段加权后的真彩色波段合成影像，整体视觉效果比直接进行真彩色组合方法得到了提升，特别是植被区域色调更加自然逼真，提高了影像制图质量。

3.2出图打印分辨率的选择
对于高空间分辨率的遥感影像来说，出图打印像素分辨率的选择也是影响出图效果的一个重要因素。

打印像素分辨率(DPI)通常定义为单位长度内（通常1inch，1inch=2.54cm）所包含的像素的个数。

像素分辨率的大小直接影响影像的数据量和地物细节的清晰度，一般来说，像素分辨率越高，数据量就越大，地物细节的清晰程度也越高。

但每种制图打印方式都有最佳分辨率，并非分辨率越高越好。

对于计算机制图出图像素分辨率，如果超出了人眼视觉分辨率的识别范围，并不能提高制图质量，反而徒增了数据量，制约了制图打印效率。

通常情况下，正常视力的人眼在正常明视距离处的分辨率为0.1mm~0.3mm。

据此可以计算出
纸质出图打印像素分辨率的需求，见表2。

图4显示了打印像素分辨率和人眼分辨率的关系。

其中，阴影部分的上边界表示了最大的用于制图的像素分辨率，一般用于纸质打印出图(250~300dpi)，保证较好的印刷还原效果；阴影部分的下边界表示了可用于制图的最小像素分辨率，一般用于计算机网络图片(72~96dpi)，降低网络传输速度的影响，提高浏览速度。

对于高分二号卫星影像制图，如果像素分辨率超出了阴影部分的上边界，不会提高整体的制图效果，反之，如果低于下边界，则不适于进行制图。

3.3空间分辨率与成图比例尺的选择
卫星传感器空间分辨率的选择是遥感制图的重要环节之一，直接决定了地物细节的清晰度。

卫星影像空间分辨率选择的最主要依据是制图比例尺的大小。

通常制图比例尺越大，要求卫星影像的空间分辨率越高。

但并不是高分辨率的卫星影像适于制作所有大小比例尺的图件，各个空间分辨率影像都有适宜制图出图的比例尺范围。

为确保制图细节清晰，制图单位面积的原始像素数需高于出图单位面积的像素数。

据此可得制图比例尺与影像空间分辨率的关系，如式(2)、式(3)所示
式中，长度单位均为m。

其中，l为1英寸对应的单位米长度，即0.0254；Dpi为制图出图像素分辨率；Res为卫星影像空间分辨率；Scale为制图比例尺。

根据上节出图打印像素分辨率分析，选择72~300dpi作为出图像素分辨率，可以确定不同空间分辨率的遥感影像制图比例尺的范围，见表3。

图5表示了不同制图比例尺对卫星遥感影像空间分辨率的需求。

其中，白色部分表示最佳的制图比例尺范围，斜线填充部分表示该分辨率过高，存在信息和数据的冗余，虚线部分表示分辨率低，不适合进行该比例尺的制图。

对于高分二号卫星全色或融合影像空
间分辨率1m，可以制作的最大成图比例尺为1∶2835，适合的最小成图比例尺为1：11811。

按照国家标准分幅成图比例尺范围在1∶5000~1∶10000。

4结语
在高空间分辨率的遥感影像制图过程中，首先，针对实际工作需求，根据制图区域和出图图廓大小，确定制图比例尺；然后，根据制图比例尺，选择适宜的空间分辨率的卫星遥感影像；最后，确定打印出图像素分辨率。

同时，根据卫星遥感影像数据源及制图需求，选择合适的波段组合模式。

对于高分二号卫星影像制图，为确保制图质量，通常采用波段加权增强植被信息自然真彩色波段组合方式，纸质打印出图像素分辨率为250~300dpi，制图比例尺范围为1∶2835~1：11811。

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