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[摘要]本文基于QuickBird正射影像资料来更新城市大比例尺地形图，给出了具体的技术流程和方法，并附以相应的试验，获得了可靠的精度。利用QuickBird正射影像作为城市基础空间信息数据的主要组成部分，利用正射影像更新大比例尺地形图，具有作业速度快、生产周期短、现势性强、精度高等优点，是目前更新城市大比例尺地形图的有效途径。
[关键词]QulckBird 正射影像数据库 地形图更新
[中图分类号] P28 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-6-144-3
1前言
QuickBird卫星影像是目前世界上空間分辨率最高的商业遥感影像，但由于卫星发射时间晚，因此对QuickBird影像应用的研究在很多领域中还存在着空白。本文结合实际的项目，就测绘领域里的城市大比例尺地形图更新作如下两方面的研究：
1.1QuickBird高分辨率影像数据库的建立
遥感影像数据库，一方面可作为地理信息系统的基础数据系统，另一方面也可以作为一个独立的系统发挥其作用。因此，如何建立高分辨率的QuickBird影像数据库就显得格外迫切。虽然国内对利用航天遥感影像进行测图和更新地形图的理论和方法的研究一直没有停止过，但是基本上都是针对中小比例尺地形图的更新而言的，且大部分研究的是利用SPOT遥感影像进行地形图的测制和更新。至于对利用QuickBird遥感影像进行地形图，特别是城市大比例尺地形图更新的研究目前仍然是一片空白。基于此，本文就利用QuickBird更新城市大比例尺地形图所达到的精度指标、方法、技术流程等进行了学习和探讨。
1.2地形图更新的必要性和迫切性
城市的发展是一个国家发展和繁荣的具体体现。而作为城市基础地理信息系统主要空间基础数据来源的大比例尺地形图，在城市规划管理、可持续发展研究、交通、社会与公众服务等众多领域都有着十分重要的作用。可是随着城市建设速度的加快，地表及其附属物正发生着日新月异的变化，如何将这些变化快速准确地反映到地形图上，及时更新地理信息系统数据库，从而确保地形图的现势性和准确性，为城市的发展和经济建设服务。便是摆在测绘工作者面前的一项重要任务。由此可见，大比例尺地形图更新工作势在必行。
2利用遥感影像更新地形图的优势
长期以来，对地形图的更新通常采用航空摄影测量和实地手工作业（目前是全站仪野外数字化采集作业）相结合的办法。手工作业是采取局部更新的办法来解决地形资料的现实性问题，但毕竟该种办法不是系统的、完整的解决方案，且相对来说成本较高。因此，采用全站仪野外数字化采集进行局部更新的缺陷是显而易见的。而采用航空摄影测量的方法进行地形图更新尽管有所进步，但由于受摄影资料获取速度慢、航摄成本高、摄区范围小、受气候影响等客观因素的限制，使得地形图更新周期过长，现势性仍然较差。通常我国大比例尺地形图采用航空摄影测量的方法，更新周期长达五年，这对于飞速发展的城市来说，显然是非常滞后的。从而造成了“地形图更新完成之日也是地形图需要再更新之时”的严重状况，其现势性根本难以满足现代化经济建设和社会发展的需要。相反，随着航天遥感技术的发展，特别是最近几年高分辨率遥感影像进入商业和民用领域，利用高分辨率航天遥感影像实现大比例尺地形图的快速更新将是目前解决地形图现势性差的有效方法。
尽管采用遥感影像更新地形图是未来地形图更新的发展趋势和必然，但由于长期以来受传感器分辨率的限制，地形图的更新通常局限于中、小比例尺地形图。QuickBird的成功发射，使遥感影像的空间分辨率有了质的突破一一首次突破米级单位，从而给大比例尺地形图的更新带来了新的发展空间。
3利用QuickBird更新地形图的技术路线和技术流程
既不同于采用全站仪野外数字化采集进行地形图更新，也有别于利用航空摄影测量的办法更新地形图，采用QuickBird高分辨遥感影像更新地形图的技术路线如下
3.1资料的收集、整理及系统软件的准备
主要是地面控制点（Ground Control Points简称GCPS，又称像控点，同名点等）资料、现有的城市大比例尺地形图资料及其它相关资料等的搜集、整理。
3.2系统软件的准备
地理信息系统软件Arc/info，遥感图像处理软件ERDAS IMAGINE，图像处理软件Photoshop，制图软件AutoCAD等。
3.3QuickBird影像的处理
包括影像的预处理（亮度和对比度的调整、遥感影像的增强处理等）、影像纠正（影像的多项式几何纠正和在DEM支持下的正射精纠正），QuickBird全色影像和多光谱影像的融合、影像切割分幅（按照大比例尺地形图的标准分幅进行切割）等。
3.4地形图的预处理
对待更新的地形图进行破损修补等处理。
3.5地形图的扫描矢量化
主要包括对扫描后数字栅格图（Digital Raster Graph，简称DRG）进行定向与校准、以及按照地理信息系统的相关标准进行分层矢量化。
3.6遥感影像和矢量图的叠加配准
将分幅切割好的QuickBird影像图和矢量化完毕的数字线划图（ Digital Line Graph，简称DLG）在AutoCAD中（也可以是任意的测图软件或地理信息系统软件）中进行叠加配准。
3.7地形图的更新
在更新系统中，经影像与矢量图叠加配准后，便可以采用屏幕数字化的方式进行变化地物（主要是居民地、道路、水系、植被等）的更新（增、删、减等）。
3.8地形图更新的后期工作
主要包括地形图更新的外业检核、精度评定及图幅接边、整饰、打印输出或存档等。 利用Quick Bird遥感影像更新城市大比例尺地形图的技术流程
4自然要素和人文要素的更新
众所周知，地形图主要有自然要素和人文要素两大部分组成。随着时间的推移，自然要素如水系、地貌、土质、植被等变化比较缓慢：人文要素如交通网、居民地、境界及经济标志等变化较大。因此，在更新时主要考虑人文要素的更新lzsl。此外，地形图的好多要素如独立地物、管线等在QuickBird影像上特征不明显乃至不可见，从而无法判读。与此同时，由于所采用的QuickBird影像不是立体像对结合更新因此，无法提取高程信息。综合考虑上面的因素，本实验利用1：2000地形图的进行了居民地、道路、植被、本文水系与注记等更新的研究。
4.1明显建筑物的更新
由于在摄取影像时的天气条件、卫星的位置等不同，加之每一建筑物与周围其他地物的位置关系等各异，因此有些建筑物的边缘特征在QuickBird遥感影像上表现很明显，边界线明显的矩形建筑物，在影像上可以看到3个房角点。对于尽管边界线明显，但属非矩形多边形等建筑物，更新时只有采用屏幕数字化采集可见房角点和实地观测不可见房角点相结合的方法。
4.2边界线不明显建筑物的更新
与上述情况不同，有些建筑物由于受到周围地物的影响等，其边界线反映在遥感影像上不明显甚至模糊不清，如建筑物被烟雾严重遮挡（这种情况在大多数城市，特别是冬季的北方城市非常普遍）。在这种情况下，无法采用屏幕跟踪建筑物边界线的办法完成更新，需要到外业实地采集建筑物的边界线数据，然后将采集到的数据交付内业人员，由内业人员完成更新。
4.3道路更新
除了城市中的建筑物外，道路在城市的发展变化中变更也很快（如道路的新增、旧有道路的改建和扩建等）。由于在市区受密集建筑物的影响，除了主要街道和周围地物稀少道路（如高速公路、乡村路等）的边界线在影像上反映比较明确、目视判读容易外，其他街区的次要道路、内部道路等的边界线则在遥感影像上表现出模糊、被其他地物遮挡（道路两旁树木阴影的遮挡、建筑物遮挡等）等特点，致使道路边界线不可。
4.3.1明显道路的更新
道路的边界线非常明显，对这样的道路进行更新，只要在更新系统中设定好其属性值（包括所在层、线型、颜色等），便可以采用屏幕跟踪边界线对其进行数字化更新。
4.3.2不明显道路的更新
对于建筑群中的道路和受树木阴影遮挡严重的道路，室内在影像上对边界线的判读比较困难（特别是道路的转折点），因此，在这种情况下更新道路的办法是：首先由外业人员到实地调绘、实测，然后将得到的数据等资料交付内业人员，最后由内业人员完成道路的更新。
4.4植被更新
植被主要包括耕地、园地、林地、草地及花圃等。对于一个城市来说，变化最快的便是人工植被要素如街道、道路旁规划的绿化岛、花坛及厂矿企业、机关、学校内的正规花圃及花坛等。
4.4.1花圃等的更新
为了美化家园、改善人们的居住和生活环境、投资环境等，致使城市的绿化岛、花圃、花坛等大为增加。这些新增的花圃作为1：2000地形图上主要人工要素，必须将它们准确的更新到地形图上。
由于花圃，不像建筑物，道路等在QuickBird全色遥感影像上表現规整，而表现出散列等影像特征，如图4-7所示；表现在1：2000地形图上更是形状各异。因此，对花圃的更新基本上采用外业采集数据，再由内业人员结合影像特征屏幕数字化完成。
4.4.2耕地、园地的更新
一方面，由于农田、菜地等周围地物稀少，从而对其造成的影 响不大，另一方面，对于冬季拍摄的QuickBird遥感影像（本文所利用的QuickBird遥感影像于2003年2月拍摄），农田、菜地等的边界线非常清晰、明确。所以，在这种情况下，可由内业人员直接采用屏幕数字化的方式完成耕地、园地的更新。
4.4.3林地的更新
由于林地自身的特点，受自身阴影遮挡等，致使其边界线通常不明显，到实地勘测。因此，对林地的更新需要通过外业人员、调绘人员根据实地资料然后将得到的数据资料交付内业人员，再由内业在屏幕上完成更新。
4.5水涯线明显水体的更新
（1）河流范围线非常明显，因此，在更新时可直接采用屏幕数字化的方式完成。
（2）水涯线不明确水体的更新
对于那些周围地物密集、水涯线不明确乃至在QuickBird影像上不可见的水体。则需要由外业人员实地采集边界线数据，将采集到的数据资料交付内业人员，然后由内业人员根据采集到的边界线数据和调绘资料结合影像目视判读在屏幕上完成水体更新。
4.6注记更新
注记是地形图的重要内容之一，是判读和使用地形图的直接依据。因此，要对更新地物要素的名称、说明等准确注出。主要有建筑物的层数、道路的等级、植被类别及水体名称等。
注记更新的办法类似于航测，即充分的利用搜集到的现有资料，再结合外业实地调绘的方法实现注记的更新。必须注意的是注记的内容一定要准确。
5更新的精度
由上表的数据进一步计算得到：M=1.348，这项精度指标己经达到了1：2000地形图图上单点定位绝对精度的要求（士1.Om）。
6结论
通过利用QuickBird高分辨率遥感影像更新城市大比例尺地形图的研究和实验验证，本文得到如下结论：
（1）QuickBird 0.61米高分辨率遥感影像在小范围内几何纠正的精度达到亚象素级；在地形起伏不大的大范围内，正射纠正的精度也接近亚象素级。
（2）利用QuickBird高分辨率遥感影像在地形起伏不大的区域内更新地形图其精度完全能够达到1：2000地形图的精度要求。在小范围平坦城区中，条件理想的情况下更新地形图可以达到1：1000的精度要求。
（3）通过利用QuickBird高分辨率遥感影像更新1：2000，1：10000地形图的实验，经过精度评定证明更新后地形图完全达到了各自的精度要求。
（4）QuickBird高分辨率遥感影像信息丰富、现势性强，是更新城市大比例尺地形图的有效途径。
然而，由于时间关系，本论文还有好多需要完善和进一步研究的地方，具体如下：
（1）地形起伏大（特别是山区）的大范围QuickBird影像正射纠正的研究。
（2）为了进一步提高影像存取和浏览的速度，需要做影像数据压缩方面的研究。
（3）地形图更新的半自动化、自动化实现研究。
参考文献
[1]陈海鹏，董明.《高分辨率遥感影像在测绘生产中的应用潜力研究》[J].测绘通报.2005年03期.
[2]王卫安，竺幼定.《高分辨率卫星遥感图像及其应用》[J].测绘通报.2000年06期.
[关键词]QulckBird 正射影像数据库 地形图更新
[中图分类号] P28 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-6-144-3
1前言
QuickBird卫星影像是目前世界上空間分辨率最高的商业遥感影像，但由于卫星发射时间晚，因此对QuickBird影像应用的研究在很多领域中还存在着空白。本文结合实际的项目，就测绘领域里的城市大比例尺地形图更新作如下两方面的研究：
1.1QuickBird高分辨率影像数据库的建立
遥感影像数据库，一方面可作为地理信息系统的基础数据系统，另一方面也可以作为一个独立的系统发挥其作用。因此，如何建立高分辨率的QuickBird影像数据库就显得格外迫切。虽然国内对利用航天遥感影像进行测图和更新地形图的理论和方法的研究一直没有停止过，但是基本上都是针对中小比例尺地形图的更新而言的，且大部分研究的是利用SPOT遥感影像进行地形图的测制和更新。至于对利用QuickBird遥感影像进行地形图，特别是城市大比例尺地形图更新的研究目前仍然是一片空白。基于此，本文就利用QuickBird更新城市大比例尺地形图所达到的精度指标、方法、技术流程等进行了学习和探讨。
1.2地形图更新的必要性和迫切性
城市的发展是一个国家发展和繁荣的具体体现。而作为城市基础地理信息系统主要空间基础数据来源的大比例尺地形图，在城市规划管理、可持续发展研究、交通、社会与公众服务等众多领域都有着十分重要的作用。可是随着城市建设速度的加快，地表及其附属物正发生着日新月异的变化，如何将这些变化快速准确地反映到地形图上，及时更新地理信息系统数据库，从而确保地形图的现势性和准确性，为城市的发展和经济建设服务。便是摆在测绘工作者面前的一项重要任务。由此可见，大比例尺地形图更新工作势在必行。
2利用遥感影像更新地形图的优势
长期以来，对地形图的更新通常采用航空摄影测量和实地手工作业（目前是全站仪野外数字化采集作业）相结合的办法。手工作业是采取局部更新的办法来解决地形资料的现实性问题，但毕竟该种办法不是系统的、完整的解决方案，且相对来说成本较高。因此，采用全站仪野外数字化采集进行局部更新的缺陷是显而易见的。而采用航空摄影测量的方法进行地形图更新尽管有所进步，但由于受摄影资料获取速度慢、航摄成本高、摄区范围小、受气候影响等客观因素的限制，使得地形图更新周期过长，现势性仍然较差。通常我国大比例尺地形图采用航空摄影测量的方法，更新周期长达五年，这对于飞速发展的城市来说，显然是非常滞后的。从而造成了“地形图更新完成之日也是地形图需要再更新之时”的严重状况，其现势性根本难以满足现代化经济建设和社会发展的需要。相反，随着航天遥感技术的发展，特别是最近几年高分辨率遥感影像进入商业和民用领域，利用高分辨率航天遥感影像实现大比例尺地形图的快速更新将是目前解决地形图现势性差的有效方法。
尽管采用遥感影像更新地形图是未来地形图更新的发展趋势和必然，但由于长期以来受传感器分辨率的限制，地形图的更新通常局限于中、小比例尺地形图。QuickBird的成功发射，使遥感影像的空间分辨率有了质的突破一一首次突破米级单位，从而给大比例尺地形图的更新带来了新的发展空间。
3利用QuickBird更新地形图的技术路线和技术流程
既不同于采用全站仪野外数字化采集进行地形图更新，也有别于利用航空摄影测量的办法更新地形图，采用QuickBird高分辨遥感影像更新地形图的技术路线如下
3.1资料的收集、整理及系统软件的准备
主要是地面控制点（Ground Control Points简称GCPS，又称像控点，同名点等）资料、现有的城市大比例尺地形图资料及其它相关资料等的搜集、整理。
3.2系统软件的准备
地理信息系统软件Arc/info，遥感图像处理软件ERDAS IMAGINE，图像处理软件Photoshop，制图软件AutoCAD等。
3.3QuickBird影像的处理
包括影像的预处理（亮度和对比度的调整、遥感影像的增强处理等）、影像纠正（影像的多项式几何纠正和在DEM支持下的正射精纠正），QuickBird全色影像和多光谱影像的融合、影像切割分幅（按照大比例尺地形图的标准分幅进行切割）等。
3.4地形图的预处理
对待更新的地形图进行破损修补等处理。
3.5地形图的扫描矢量化
主要包括对扫描后数字栅格图（Digital Raster Graph，简称DRG）进行定向与校准、以及按照地理信息系统的相关标准进行分层矢量化。
3.6遥感影像和矢量图的叠加配准
将分幅切割好的QuickBird影像图和矢量化完毕的数字线划图（ Digital Line Graph，简称DLG）在AutoCAD中（也可以是任意的测图软件或地理信息系统软件）中进行叠加配准。
3.7地形图的更新
在更新系统中，经影像与矢量图叠加配准后，便可以采用屏幕数字化的方式进行变化地物（主要是居民地、道路、水系、植被等）的更新（增、删、减等）。
3.8地形图更新的后期工作
主要包括地形图更新的外业检核、精度评定及图幅接边、整饰、打印输出或存档等。 利用Quick Bird遥感影像更新城市大比例尺地形图的技术流程
4自然要素和人文要素的更新
众所周知，地形图主要有自然要素和人文要素两大部分组成。随着时间的推移，自然要素如水系、地貌、土质、植被等变化比较缓慢：人文要素如交通网、居民地、境界及经济标志等变化较大。因此，在更新时主要考虑人文要素的更新lzsl。此外，地形图的好多要素如独立地物、管线等在QuickBird影像上特征不明显乃至不可见，从而无法判读。与此同时，由于所采用的QuickBird影像不是立体像对结合更新因此，无法提取高程信息。综合考虑上面的因素，本实验利用1：2000地形图的进行了居民地、道路、植被、本文水系与注记等更新的研究。
4.1明显建筑物的更新
由于在摄取影像时的天气条件、卫星的位置等不同，加之每一建筑物与周围其他地物的位置关系等各异，因此有些建筑物的边缘特征在QuickBird遥感影像上表现很明显，边界线明显的矩形建筑物，在影像上可以看到3个房角点。对于尽管边界线明显，但属非矩形多边形等建筑物，更新时只有采用屏幕数字化采集可见房角点和实地观测不可见房角点相结合的方法。
4.2边界线不明显建筑物的更新
与上述情况不同，有些建筑物由于受到周围地物的影响等，其边界线反映在遥感影像上不明显甚至模糊不清，如建筑物被烟雾严重遮挡（这种情况在大多数城市，特别是冬季的北方城市非常普遍）。在这种情况下，无法采用屏幕跟踪建筑物边界线的办法完成更新，需要到外业实地采集建筑物的边界线数据，然后将采集到的数据交付内业人员，由内业人员完成更新。
4.3道路更新
除了城市中的建筑物外，道路在城市的发展变化中变更也很快（如道路的新增、旧有道路的改建和扩建等）。由于在市区受密集建筑物的影响，除了主要街道和周围地物稀少道路（如高速公路、乡村路等）的边界线在影像上反映比较明确、目视判读容易外，其他街区的次要道路、内部道路等的边界线则在遥感影像上表现出模糊、被其他地物遮挡（道路两旁树木阴影的遮挡、建筑物遮挡等）等特点，致使道路边界线不可。
4.3.1明显道路的更新
道路的边界线非常明显，对这样的道路进行更新，只要在更新系统中设定好其属性值（包括所在层、线型、颜色等），便可以采用屏幕跟踪边界线对其进行数字化更新。
4.3.2不明显道路的更新
对于建筑群中的道路和受树木阴影遮挡严重的道路，室内在影像上对边界线的判读比较困难（特别是道路的转折点），因此，在这种情况下更新道路的办法是：首先由外业人员到实地调绘、实测，然后将得到的数据等资料交付内业人员，最后由内业人员完成道路的更新。
4.4植被更新
植被主要包括耕地、园地、林地、草地及花圃等。对于一个城市来说，变化最快的便是人工植被要素如街道、道路旁规划的绿化岛、花坛及厂矿企业、机关、学校内的正规花圃及花坛等。
4.4.1花圃等的更新
为了美化家园、改善人们的居住和生活环境、投资环境等，致使城市的绿化岛、花圃、花坛等大为增加。这些新增的花圃作为1：2000地形图上主要人工要素，必须将它们准确的更新到地形图上。
由于花圃，不像建筑物，道路等在QuickBird全色遥感影像上表現规整，而表现出散列等影像特征，如图4-7所示；表现在1：2000地形图上更是形状各异。因此，对花圃的更新基本上采用外业采集数据，再由内业人员结合影像特征屏幕数字化完成。
4.4.2耕地、园地的更新
一方面，由于农田、菜地等周围地物稀少，从而对其造成的影 响不大，另一方面，对于冬季拍摄的QuickBird遥感影像（本文所利用的QuickBird遥感影像于2003年2月拍摄），农田、菜地等的边界线非常清晰、明确。所以，在这种情况下，可由内业人员直接采用屏幕数字化的方式完成耕地、园地的更新。
4.4.3林地的更新
由于林地自身的特点，受自身阴影遮挡等，致使其边界线通常不明显，到实地勘测。因此，对林地的更新需要通过外业人员、调绘人员根据实地资料然后将得到的数据资料交付内业人员，再由内业在屏幕上完成更新。
4.5水涯线明显水体的更新
（1）河流范围线非常明显，因此，在更新时可直接采用屏幕数字化的方式完成。
（2）水涯线不明确水体的更新
对于那些周围地物密集、水涯线不明确乃至在QuickBird影像上不可见的水体。则需要由外业人员实地采集边界线数据，将采集到的数据资料交付内业人员，然后由内业人员根据采集到的边界线数据和调绘资料结合影像目视判读在屏幕上完成水体更新。
4.6注记更新
注记是地形图的重要内容之一，是判读和使用地形图的直接依据。因此，要对更新地物要素的名称、说明等准确注出。主要有建筑物的层数、道路的等级、植被类别及水体名称等。
注记更新的办法类似于航测，即充分的利用搜集到的现有资料，再结合外业实地调绘的方法实现注记的更新。必须注意的是注记的内容一定要准确。
5更新的精度
由上表的数据进一步计算得到：M=1.348，这项精度指标己经达到了1：2000地形图图上单点定位绝对精度的要求（士1.Om）。
6结论
通过利用QuickBird高分辨率遥感影像更新城市大比例尺地形图的研究和实验验证，本文得到如下结论：
（1）QuickBird 0.61米高分辨率遥感影像在小范围内几何纠正的精度达到亚象素级；在地形起伏不大的大范围内，正射纠正的精度也接近亚象素级。
（2）利用QuickBird高分辨率遥感影像在地形起伏不大的区域内更新地形图其精度完全能够达到1：2000地形图的精度要求。在小范围平坦城区中，条件理想的情况下更新地形图可以达到1：1000的精度要求。
（3）通过利用QuickBird高分辨率遥感影像更新1：2000，1：10000地形图的实验，经过精度评定证明更新后地形图完全达到了各自的精度要求。
（4）QuickBird高分辨率遥感影像信息丰富、现势性强，是更新城市大比例尺地形图的有效途径。
然而，由于时间关系，本论文还有好多需要完善和进一步研究的地方，具体如下：
（1）地形起伏大（特别是山区）的大范围QuickBird影像正射纠正的研究。
（2）为了进一步提高影像存取和浏览的速度，需要做影像数据压缩方面的研究。
（3）地形图更新的半自动化、自动化实现研究。
参考文献
[1]陈海鹏，董明.《高分辨率遥感影像在测绘生产中的应用潜力研究》[J].测绘通报.2005年03期.
[2]王卫安，竺幼定.《高分辨率卫星遥感图像及其应用》[J].测绘通报.2000年06期.