然而，即便是對(duì)于上海這樣面積相對(duì)較小的直轄市，也不能做到所有地區(qū)都有足夠及時(shí)的大尺度地形圖來(lái)滿足應(yīng)用需求。主要原因：

1、上海城市更新速度快。在上海，不同區(qū)域有著1:500、1:1000和1:2000的不同尺度的地形圖數(shù)據(jù)，不同尺度數(shù)據(jù)的更新頻率也不同。城市更新速度快，部分區(qū)域的地形圖更新就會(huì)滯后。

2、精度要求高。上海磁懸浮列車(chē)、上海中心大廈、深坑酒店等設(shè)計(jì)，都離不開(kāi)測(cè)繪在背后的支撐。超大型城市對(duì)于精度的要求更是高于其他地區(qū)。

3、作業(yè)效率與成圖精度無(wú)法兼顧。傳統(tǒng)的1:2000地形圖的制圖 *** ，人力物力耗費(fèi)嚴(yán)重，制圖效率低；近些年，基于航空、無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的地形圖生產(chǎn)迅速發(fā)展起來(lái)，影像分辨率高，地物辨識(shí)清晰，但是在大范圍制圖時(shí)，又會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)量過(guò)大，數(shù)據(jù)處理慢，飛行架次多等問(wèn)題，作業(yè)效率與成圖精度無(wú)法兼顧。

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上海市位于我國(guó)南北海岸線的中部，北緯31°14′，東經(jīng)121°29′，地處長(zhǎng)江三角洲前緣，東瀕東海，南臨杭州灣，西接江蘇、浙江兩省，北接長(zhǎng)江入海口。全境為沖積平原，僅西南部有部分火山巖丘。海拔平均高度在4米左右，地勢(shì)平坦，山脈少而低小，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，為典型的海洋性氣候。氣候溫和濕潤(rùn)，四季分明，日照充分，雨水充沛，無(wú)霜期長(zhǎng)。

圖1 研究區(qū)地理位置

本次研究以上海國(guó)際旅游度假區(qū)為試驗(yàn)區(qū)（圖 1）。上海國(guó)際旅游度假區(qū)位于浦東新區(qū)中部的川沙新鎮(zhèn)，規(guī)劃面積約24.7平方千米，將打造集主題游樂(lè)、文化創(chuàng)意、商業(yè)零售、體育休閑等為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代服務(wù)業(yè)集聚區(qū)。核心區(qū)約7平方千米，包括上海迪士尼樂(lè)園、上海迪士尼樂(lè)園酒店、購(gòu)物村等。

WorldView系列衛(wèi)星是MAXAR公司的商業(yè)成像衛(wèi)星系統(tǒng)，其光學(xué)衛(wèi)星群包括在軌衛(wèi)星WorldView-1、GeoEye-1、WorldView-2和WorldView-3，以及已經(jīng)退役的IKNOS、QUICKBIRD和WorldView-4。其中，WorldView-2于2009年10月8日發(fā)射，是DigitalGlobe的第三顆在軌衛(wèi)星，可提供分辨率為0.46米的全色影像和1.84米分辨率的八波段立體多光譜圖像，也是之一個(gè)高分辨率的8波段多光譜商業(yè)衛(wèi)星。衛(wèi)星的重訪周期為1.1天。其8個(gè)光譜波段設(shè)置如圖 2所示。

圖2 WorldView-2波段設(shè)置

得益于MAXAR獨(dú)特的HD技術(shù)，可以智能地增加像素?cái)?shù)以提供獨(dú)特的30cm像素產(chǎn)品。整體上可以通過(guò)減少像素化來(lái)提高圖像的視覺(jué)清晰度，使影像美觀精致，邊緣精確，細(xì)節(jié)重現(xiàn)細(xì)膩。影像高度清晰，精度高，無(wú)控定位精度可達(dá)2.3m，30cm HD的立體影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)1：2000制圖。本項(xiàng)目中，項(xiàng)目組采用的數(shù)據(jù)便是經(jīng)過(guò)HD技術(shù)處理后生成的0.3m分辨率的WorldView-2 多光譜衛(wèi)星影像，并帶有RPB參數(shù)文檔。立體像對(duì)的獲取時(shí)間為2016年11月18日，即開(kāi)園后5個(gè)月，數(shù)據(jù)級(jí)別為2A，影像質(zhì)量良好，云量小于5%，整體反差明顯。

圖3 多光譜數(shù)據(jù)預(yù)覽

1.1 已有控制資料

按照《GB/T 7931 1:500、1:1000、1:2000 地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范》的要求，1:2000地形圖高程注記點(diǎn)密度為圖上每100cm2內(nèi)5~20個(gè)。為此，項(xiàng)目組收集了試驗(yàn)區(qū)的多種控制資料，控制資料的來(lái)源主要包括以下三種：

1.2 控制資料選取

像控點(diǎn)是攝影測(cè)量控制加密和測(cè)圖的基礎(chǔ)，像控點(diǎn)目標(biāo)選擇的好壞和指示點(diǎn)位的準(zhǔn)確程度，直接影響成果的精度會(huì)造成局部位置偏差大，對(duì)后續(xù)地形數(shù)據(jù)的采集誤差影響很大。控制點(diǎn)的布設(shè)，遵循以下原則：

利用WorldView-2立體影像 *** 1:2000地形圖的總體技術(shù)路線包括影像預(yù)處理、影像正射校正、影像融合、衛(wèi)星影像空三、DLG立體采集和精度檢驗(yàn)6個(gè)步驟。整體流程如圖 4所示，其中，影像正射糾正、影像融合在PCI Geomatica 2018（以下簡(jiǎn)稱(chēng)PCI）軟件中完成，衛(wèi)星影像空三在ERDAS LPS軟件中完成，DLG立體采集在航天遠(yuǎn)景軟件中完成，最終的精度檢驗(yàn)在EPS2008地理信息工作站（簡(jiǎn)稱(chēng)EPS）中完成。

圖4 技術(shù)流程圖

2.1 影像預(yù)處理

影像預(yù)處理主要是對(duì)影像的質(zhì)量進(jìn)行初步檢查，主要看影像上是否存在云、反光和影像缺失等問(wèn)題，以及影像之間的重疊度是否滿足空三要求。

2.2 影像正射校正

上海地區(qū)地勢(shì)平坦，為平緩的沖積平原，海拔平均高度在4米左右，可以采用平均高程代替DEM對(duì)衛(wèi)星影像進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差以獲得正射校正影像圖，隨后再利用控制點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)整景數(shù)據(jù)進(jìn)行整體幾何校正。

衛(wèi)星影像的區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)通過(guò)影像自身之間的約束關(guān)系補(bǔ)償有理函數(shù)模型的系統(tǒng)誤差以提高立體定位精度。通過(guò)模擬衛(wèi)星飛行的姿態(tài)來(lái)還原地物的真實(shí)位置，這就是基于有理函數(shù)模型的區(qū)域網(wǎng)平差。區(qū)域網(wǎng)平差的精度直接決定了后續(xù)測(cè)繪生產(chǎn)產(chǎn)品的精度。這種做法可以保證不同景衛(wèi)星的接邊精度，尤其對(duì)大批量的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的生產(chǎn)有效率上的提升。

（1）全色影像正射校正

全色影像正射糾正的基本處理步驟見(jiàn)圖 5。首先在在PCI的OrthoEngine模塊下新建工程，設(shè)置參考坐標(biāo)系、輸出投影、影像分辨率等信息；打開(kāi)需要處理的原始全色衛(wèi)星影像，在相鄰的影像之間進(jìn)行連接點(diǎn)自動(dòng)提取；選擇參考影像，進(jìn)行控制點(diǎn)自動(dòng)匹配；進(jìn)行平差，剔除誤差較大的控制點(diǎn)與連接點(diǎn)，控制點(diǎn)盡量在1以?xún)?nèi)。輸出全色正射影像。將輸出結(jié)果與參考影像套合檢查。如果相差較大，需要手動(dòng)刺點(diǎn)糾正。

圖5 全色影像正射校正作業(yè)流程

（2）多光譜影像與全色波段影像配準(zhǔn)

多光譜影像與全色影像的配準(zhǔn)是以全色波段影像為基準(zhǔn)，選取同名點(diǎn)對(duì)多光譜影像進(jìn)行配準(zhǔn)。同名點(diǎn)不少于50個(gè)，且分布均勻；配準(zhǔn)的控制點(diǎn)殘差在1個(gè)像素以?xún)?nèi)。配準(zhǔn)后進(jìn)行多光譜影像和全色波段影像的配準(zhǔn)檢查，兩景影像之間的配準(zhǔn)精度不大于1個(gè)像素（多光譜影像），多光譜影像配準(zhǔn)后的影像分辨率和原始影像地面分辨率保持一致。

2.3 影像融合

將全色影像和多光譜影像進(jìn)行融合，既保留了多光譜數(shù)據(jù)的光譜信息，又保留了全色數(shù)據(jù)高分辨率的特性，方便后續(xù)的處理。利用Pansharp算法處理的影像色彩保持較好，接近自然色，同時(shí)可以去除所有融合波段的差異問(wèn)題，使之可以自動(dòng)融合。在PCI軟件中，采用Pansharp2模型進(jìn)行融合，融合過(guò)程采用Modeler模塊建立融合模型，設(shè)置輸入輸出參數(shù)，即可自動(dòng)運(yùn)行。

圖6 Pansharp2融合模型

融合后影像色彩自然，層次豐富，反差適中。影像紋理清晰，無(wú)影像發(fā)虛和重影現(xiàn)象，融合后能明顯提高地物解譯的信息量，融合后的影像見(jiàn)圖 7（未調(diào)整波段組合）。融合后的影像格式為img格式，立體影像重疊度約為100%。

圖7 融合后影像

2.4 衛(wèi)星影像空三

對(duì)測(cè)區(qū)的衛(wèi)星影像進(jìn)行空三加密處理，利用ERDAS LPS軟件進(jìn)行立體像對(duì)空三平差解算，并對(duì)平差精度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。技術(shù)路線見(jiàn)圖 8。

圖8 衛(wèi)星影像空三平差技術(shù)路線

根據(jù)衛(wèi)星影像空三平差要求，需要進(jìn)行野外像控點(diǎn)測(cè)量，包括像控點(diǎn)布設(shè)、點(diǎn)位測(cè)量、相應(yīng)的點(diǎn)位整飾與點(diǎn)之記記錄等。為了分析像控點(diǎn)布設(shè)位置和像控點(diǎn)數(shù)量對(duì)空三平差精度的影響，本試驗(yàn)每隔1～2 km布設(shè)1個(gè)像控點(diǎn)，共布設(shè)了43個(gè)像控點(diǎn)。如圖 9所示，這些控制點(diǎn)均選在明顯的地物點(diǎn)上，基本符合控制點(diǎn)均勻分布、整體控制的需求。對(duì)于點(diǎn)位距離相對(duì)較近的控制點(diǎn)后續(xù)會(huì)進(jìn)行有選擇性的選取，將部分留作檢查點(diǎn)使用。

圖9 試驗(yàn)區(qū)控制點(diǎn)分布圖

2.5 DLG立體采集

根據(jù)測(cè)區(qū)的實(shí)際地面情況，選擇有代表性的區(qū)域，按照1:2000地形圖測(cè)繪要求，采集建筑、道路、電桿等主要地形地物。利用WorldView-2影像進(jìn)行立體測(cè)圖，0.3m的分辨率對(duì)作業(yè)員要求相對(duì)較高。圖 10為試驗(yàn)區(qū)1:2000地形圖的部分區(qū)域展示，分別代表了綜合地物、房屋建筑、綠化和水域的地形圖表示。

圖10 地形圖展示

2.6 精度檢驗(yàn)

為檢測(cè)1:2000地形圖的精度，通過(guò)外業(yè)方式獲取地形圖特征點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行精度驗(yàn)證。

地理精度檢查主要采取外業(yè)巡視的 *** 對(duì)圖面地理要素的正確性及數(shù)據(jù)完整性、各要素、注記和符號(hào)的正確性、地理要素的協(xié)調(diào)性、綜合取舍的合理性、接邊質(zhì)量等進(jìn)行檢查。在具體的檢查中，重點(diǎn)要檢查房屋建筑材料、樓房層數(shù)，通訊線，電力線走向，河流、渠道流向，公路的等級(jí)及編號(hào)，管道輸送物質(zhì)類(lèi)別，植被、土質(zhì)，用途、性質(zhì)等方面的說(shuō)明注記，各種地理名稱(chēng)等標(biāo)注是否正確。

數(shù)學(xué)精度檢查主要包含以下幾個(gè)方面：（1）測(cè)量?jī)x器：數(shù)學(xué)精度檢查采用不低于相應(yīng)測(cè)量精度要求的GPS-RTK接收機(jī)、全站儀、水準(zhǔn)儀、鋼尺（或玻璃纖維尺）等測(cè)量?jī)x器；（2）檢查內(nèi)容：成果一般以平面絕對(duì)位置中誤差、間距中誤差和高程中誤差（高程注記點(diǎn)或等高線插求點(diǎn)）為主進(jìn)行采集；（3）分布要求：平面和高程檢測(cè)點(diǎn)以及間距檢查邊采集分布應(yīng)盡量均勻；（4）數(shù)量要求：每幅1：2000圖平面檢測(cè)點(diǎn)、高程檢測(cè)點(diǎn)一般不少于30個(gè)；地物間距檢測(cè)有效邊數(shù)一般不少于30條。當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)（邊）數(shù)量少于20時(shí)，采用誤差絕對(duì)值的算術(shù)平均值代替中誤差；（5）檢查點(diǎn)選取：平面一般情況應(yīng)主要采集明顯地物點(diǎn)、獨(dú)立地物等要素；高程檢測(cè)點(diǎn)盡量選擇明顯能準(zhǔn)確判讀的位置，避免選在高程急劇變化處。

3.1 選取原則

3.2 檢查點(diǎn)分布

測(cè)區(qū)內(nèi)共選擇264個(gè)檢查點(diǎn)，保證每個(gè)圖框內(nèi)有30個(gè)以上的檢查點(diǎn)，地物單一區(qū)域除外。檢查點(diǎn)具體分布如圖11所示。

圖11 檢查點(diǎn)分布圖

以43個(gè)地面控制點(diǎn)平面位置和高程信息為基礎(chǔ)，進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表 1所示。

表 1 地面控制點(diǎn)精度檢查

由于控制點(diǎn)數(shù)量有限，不能達(dá)到檢查點(diǎn)的個(gè)數(shù)要求，因此，我們以已有地形數(shù)據(jù)的圖根點(diǎn)的點(diǎn)平面位置和高程信息為基礎(chǔ)，進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。

表 2 圖根點(diǎn)精度檢查

注：因篇幅有限，具體每個(gè)控制點(diǎn)和圖根點(diǎn)的數(shù)值在此省略。

依據(jù)《DG/TJ08-86-2010 1：500、1：1000、1：2000數(shù)字地形測(cè)量規(guī)范》，1:2000地形圖需完整表達(dá)地面大于20cm以上的地物。本實(shí)驗(yàn)采用的分辨率為0.3m的衛(wèi)星影像，基本地物表達(dá)清晰，能夠表達(dá)地面建筑，道路及其大型附屬設(shè)施、橋梁、河流、行道樹(shù)、農(nóng)田等基本地物，通過(guò)立體相對(duì)，可以表達(dá)其地面起伏變化，繪制相應(yīng)的等高線。通過(guò)衛(wèi)星影像繪制的地形圖能夠滿足大部分地物地理要素的正確性及數(shù)據(jù)完整性、各要素、注記和符號(hào)的正確性、地理要素的協(xié)調(diào)性、綜合取舍的合理性。

本實(shí)驗(yàn)區(qū)域地形為平地，依據(jù)《GB/T 7930―2008 1:500 1:1000 1:2000地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》，1:2000地形圖等高距為1.0米，地物點(diǎn)平面中誤差為0.6mm（換算為實(shí)際距離為1.2m），高程中誤差為0.4m。

2.1 平面精度

經(jīng)粗差點(diǎn)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，有粗差的檢查點(diǎn)均取自建筑地面角點(diǎn)。

2.2 高程精度

依據(jù)平面和高程精度分析結(jié)果來(lái)看，利用WorldView-230cm HD衛(wèi)星影像進(jìn)行1:2000地形圖測(cè)制的技術(shù)路線是可行的，成圖結(jié)果符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的精度要求。

（1）地物輪廓表達(dá)受干擾

地物邊線如路邊線、河流邊線等易受沿線兩側(cè)植被投影的影響，不能準(zhǔn)確表達(dá)地物實(shí)際邊線。下圖以水域邊界為例：

圖12 河流邊界提取

（2）地物屬性信息模糊①建筑物：建筑層數(shù)、材料不清晰；②通訊線，電力線走向不明確；③土地使用類(lèi)型不明確。

（3）較小地物無(wú)法確認(rèn)受分辨率影響，一些較小地物，如窨井蓋、柵欄等細(xì)節(jié)地物無(wú)法準(zhǔn)確表達(dá)。

高分辨率遙感衛(wèi)星的軌道高度通常在幾百千米，衛(wèi)星遙感影像受大氣和地形的影響較小，影像條帶的寬度通常在幾十千米，覆蓋的范圍也較大，因而非常適合于邊境、無(wú)人區(qū)和禁飛區(qū)等地的測(cè)圖。此外，遙感衛(wèi)星按軌道做周期運(yùn)動(dòng)，可以在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行多次重復(fù)觀測(cè)，數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)，能加快地形圖的更新速度，因而航天攝影測(cè)量成圖將逐步成為航空攝影測(cè)量成圖 *** 的一種有益和必要的補(bǔ)充。

MAXAR衛(wèi)星群包括WorldView-1、GeoEye-1、WorldView-2和WorldView-3等多顆在軌衛(wèi)星，具有高分辨率、無(wú)控定位精度高、可立體成圖等優(yōu)點(diǎn)，并且在影像覆蓋面積、重訪周期、測(cè)繪產(chǎn)品更新速度等方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)。利用WorldView-2 30cm HD立體影像測(cè)繪1:2000地形圖，從數(shù)據(jù)融合、幾何校正到影像矢量化，使用少量控制點(diǎn)進(jìn)行稀少控制，進(jìn)一步提高衛(wèi)星影像定位精度，最終得到的結(jié)果精度可靠，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)圖對(duì)成圖的要求，證明采用的技術(shù)路線可行。

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展中，大比例尺地形圖占有相當(dāng)重要的地位，由于城市建設(shè)的快速發(fā)展，大比例尺地形圖的更新難以滿足城市建設(shè)與規(guī)劃等各方面的需求。國(guó)內(nèi)對(duì)利用航天遙感影像進(jìn)行測(cè)圖和更新地形圖的理論和 *** 研究一直沒(méi)停止過(guò)，但是基本上都是針對(duì)中小比例尺地形圖的更新而言的，利用高分辨率遙感影像更新大比例尺地形圖的研究較少。此次利用MAXAR 30cm HD立體影像測(cè)繪1:2000地形圖，精度滿足需要，意味著利用高分辨率遙感影像更新大比例尺地形圖 *** 可行，對(duì)于利用高分辨率遙感影像更新大比例尺地形圖具有一定的參考價(jià)值。

隨著測(cè)繪生產(chǎn)的發(fā)展，利用高分辨率衛(wèi)星立體影像進(jìn)行內(nèi)外業(yè)一體化測(cè)圖成為趨勢(shì)，該 *** 不僅可提高地形圖更新的效率、降低地形圖更新的成本，而且可以縮短地形圖更新的周期等，是大比例尺地形圖的更新的質(zhì)的飛躍，對(duì)于推動(dòng)行業(yè)發(fā)展有著重要作用。

本次試驗(yàn)是利用高分辨率遙感影像進(jìn)行測(cè)繪大比例尺地形圖的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明最終得到的結(jié)果精度可靠，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)圖對(duì)成圖的要求，證明采用的技術(shù)路線可行。此次測(cè)圖范圍較小，對(duì)于測(cè)繪較大地區(qū)的應(yīng)用，還需要繼續(xù)研究總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

同時(shí)也需注意到利用衛(wèi)星影像進(jìn)行大比例尺制圖的不足之處，實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)僅憑影像圖的目視解譯判讀地物并不能完全判讀所有地物，需要結(jié)合其他資料才能確定地物類(lèi)型與其屬性，所以地形圖更新測(cè)繪中需要結(jié)合實(shí)地踏勘、航空、無(wú)人機(jī)傾斜攝影等資料的補(bǔ)充。