淺析遙感專題制圖技術(shù)

1、淺析遙感專題制圖技術(shù)      （一）專題地圖設(shè)計(jì)專題地圖的設(shè)計(jì)過程與普通地圖相似，包括地圖設(shè)計(jì)、原圖編繪和出版前準(zhǔn)備三個(gè)階段。下面分別對(duì)每個(gè)階段做簡要說明：1.地圖設(shè)計(jì)（即編輯準(zhǔn)備）：專題地圖的種類繁多，形式各異，與普通地圖相比，它的用途和使用對(duì)象有更強(qiáng)的針對(duì)性，要求更具體。在明確編輯專題地圖的任務(wù)后，首先擬定一個(gè)大體設(shè)計(jì)方案，并繪制圖面配置略圖，經(jīng)審批同意后，即可正式著手工作。在廣泛搜集編圖所需要的各種資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行深入的分析、評(píng)價(jià)和處理。通過詳細(xì)研究制圖資料和地圖內(nèi)容特點(diǎn)，進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)，并對(duì)開始的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行補(bǔ)充、修改，并

2、制定出詳細(xì)的編圖大綱，用以指導(dǎo)具體的地圖編繪工作。2.原圖編繪：在編繪專題地圖之前，必須準(zhǔn)備有地理基礎(chǔ)內(nèi)容的地圖，然后將專題內(nèi)容編繪于地理底圖上。由于專題圖內(nèi)容的專業(yè)性很強(qiáng)，一般情況下還需專業(yè)人員提供作者原圖，這點(diǎn)是與普通地圖不同的地方。制圖編輯人員將專題內(nèi)容編繪于地理基礎(chǔ)底圖上，或?qū)⒆髡咴瓐D上的內(nèi)容按照制圖要求，轉(zhuǎn)繪到基礎(chǔ)地圖上，此即專題地圖的原圖編繪階段。3.出版準(zhǔn)備：專題地圖的出版準(zhǔn)備與普通地圖大同小異，主要是將編繪原圖經(jīng)清繪或者刻繪工序，制成符合印刷要求的出版原圖，同時(shí)還應(yīng)提交供制版印刷用的分色參考樣圖。由于專題地圖涉及的內(nèi)容極為廣泛，所以編繪專題地圖的資料也比較多，但概括起來，一般包

3、括以下幾種：地圖資料、遙感圖像資料和統(tǒng)計(jì)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以及文字資料等。資料搜集完畢后，即可對(duì)其進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，確定資料的使用價(jià)值和程度，并從資料的現(xiàn)勢(shì)性、完備性、精確性、可靠性、是否便于使用和定位等方面進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析和評(píng)價(jià)，使編輯人員對(duì)資料的使用做到心中有數(shù)。然后是對(duì)資料的加工處理，由于專題資料來源十分廣泛，其分級(jí)分類指標(biāo)、度量單位、統(tǒng)計(jì)口徑等都有很大的差異性，需要把這些數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變成新編地圖所需要的數(shù)據(jù)格式。主題地圖的地理基礎(chǔ)即專題地圖的地理地圖，它是專題地圖的骨架，用來表示專題內(nèi)容分布的地理位置及其與周圍自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象之間的關(guān)系，也是轉(zhuǎn)繪專題內(nèi)容的控制和依據(jù)。地理地圖主要起控制和陪

4、襯作用，并反映專題要素和地圖要素的關(guān)系。通常底圖要素用淺淡顏色或單色表示，并置于地圖的“底層”平面上。最后是專題地圖內(nèi)容的設(shè)計(jì)，主要包括表示方法的選擇、圖例符號(hào)設(shè)計(jì)、作者原圖設(shè)計(jì)和圖面配置設(shè)計(jì)以及地圖的色彩與網(wǎng)紋設(shè)計(jì)。（二）遙感原理與圖像獲取專題地圖種類繁多，遙感專題地圖就是其中一種，而進(jìn)行遙感專題地圖制圖的首要任務(wù)就是解決遙感地圖信息源的問題。隨著遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，遙感信息的獲取正向全波段、全天候、全球覆蓋和高分辨率的方向迅猛發(fā)展信息網(wǎng)絡(luò)的組建和光纜、微波傳輸技術(shù)的進(jìn)步，突破了時(shí)間和空間的局限，形成了數(shù)據(jù)極其巨大的信息流。這種鋪天蓋地而來的地表遙感信息，不僅成為地圖制圖乃至“數(shù)字地球”的重

5、要信息源，而且使制圖資料的現(xiàn)勢(shì)性、制圖工藝等都發(fā)生了如下深刻的變化：（1）衛(wèi)星遙感可以覆蓋全球的每一個(gè)角落，任何地區(qū)都不再有制圖資料的空白區(qū)。（2）衛(wèi)星遙感的周期性重復(fù)探測(cè)，使每一個(gè)地區(qū)都可以獲得不同時(shí)相的制圖信息，為動(dòng)態(tài)地圖的制作和利用地圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析提供了信息保障。（3）衛(wèi)星遙感資料可以及時(shí)提供廣大地區(qū)的同一時(shí)相、同一波段、同一比例尺、同一精度的制圖信息，這就為縮短成圖周期，降低制圖成本提供了可能。（4）數(shù)字衛(wèi)星遙感信息可以直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)處理，省去了圖像掃面數(shù)字化的輸入過程。（5）改變了傳統(tǒng)的從大比例尺逐級(jí)縮到小比例尺地圖的邏輯程序。根據(jù)獲得的衛(wèi)星圖像，可以直接編繪小比例尺地理圖或

6、專題地圖，必要時(shí)還可再編繪更大比例尺的地圖，這樣就更適應(yīng)人們認(rèn)識(shí)區(qū)域地理環(huán)境的邏輯順序。一般來說，遙感是指從遠(yuǎn)處探測(cè)、感知物體或事物的一種技術(shù)，即不直接接觸物體本身，從遠(yuǎn)處通過各種傳感器探測(cè)和接收來自目標(biāo)物體的信息，經(jīng)過信息的傳輸及其處理分析，識(shí)別物體的屬性及其空間分布、動(dòng)態(tài)變化等特征的技術(shù)。遙感分為：航空遙感和航天遙感等。遙感是一個(gè)綜合性的技術(shù)系統(tǒng)，由遙感平臺(tái)、傳感器、信息接收與處理、應(yīng)用等部分組成。遙感平臺(tái)主要有飛機(jī)、人造衛(wèi)星、載人飛船。傳感器有多種波段的攝像機(jī)、多光譜掃描儀、微波輻射計(jì)、側(cè)視雷達(dá)、專題成像儀等，并且在不斷向多光譜段、多極化、高分辨率和微型化方向發(fā)展。各種傳感器把記錄下來的

7、數(shù)字或圖像信息，通過校正、變換、分解、組合等光學(xué)圖像處理或數(shù)字圖像處理后，以膠片、圖像或數(shù)字磁帶等方式提供給用戶。由于地球表面上所有的物體都有本身的電磁波譜特性，即有規(guī)律的吸收、反射、輻射電磁波的特性，因此，反映在遙感圖像上就有不同的影像特征。用戶在實(shí)地調(diào)查或事先測(cè)定并掌握各種物體的波譜特征的基礎(chǔ)上，通過綜合分析與判斷，或在地理信息系統(tǒng)和專家系統(tǒng)的支持下，提取專題信息，編制專題地圖或統(tǒng)計(jì)圖表，這就是遙感的基本原理。隨著遙感衛(wèi)星的數(shù)量和種類不斷增多，衛(wèi)星傳感器的工作波段也幾乎擴(kuò)展到了電磁波的各個(gè)部分，一個(gè)多層、立體、多角度、全方位和全天候的對(duì)地觀測(cè)網(wǎng)正在形成。與此同時(shí)，高分辨率小型商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展迅

8、速，這種衛(wèi)星的地面分辨率可達(dá)5米，甚至1米，在大比例尺地圖制圖、GIS制圖和DEM立體制圖等方面，均具有良好的應(yīng)用效果。（三）遙感專題地圖制作遙感專題地圖制作是指在計(jì)算機(jī)制圖環(huán)境下，利用遙感資料編制各類專題地圖，它是遙感信息技術(shù)在測(cè)繪制圖和地理研究中的主要應(yīng)用之一。遙感專題地圖的制作可以大致分為以下四個(gè)階段：1，信息源的選擇。2，圖像處理。3，圖像解譯。4，基礎(chǔ)底圖的編制。5，專題解譯圖與地理底圖的復(fù)合。1.信息源的選擇圖像的地面分辨率、波譜分辨率和時(shí)間分辨率是遙感信息的基本屬性，在遙感應(yīng)用中，他們通常是評(píng)價(jià)和選擇遙感圖像的主要指標(biāo)。（1）空間分辨率和地圖比例尺的選擇空間分辨率即地面分辨率，是

9、指遙感儀器所能分辨的最小目標(biāo)的實(shí)地尺寸，即遙感圖像上一個(gè)像元所對(duì)應(yīng)的地面范圍的大小。如Landsat-TM影像的一個(gè)像元對(duì)應(yīng)的地面范圍是30m*30m，那么其空間分辨率就是30m。由于遙感制圖是利用遙感圖像來提取專題制圖信息，因此在選擇圖像的空間分辨率時(shí)要考慮以下兩個(gè)因素：一是解譯目標(biāo)的最小尺寸；二是地圖的成圖比例尺?？臻g不同規(guī)模的制圖對(duì)象的識(shí)別，在遙感圖像的空間分辨率方面都有相應(yīng)的要求。遙感圖像的空間分辨率和地圖比例尺有著密切的關(guān)系。在遙感制圖中，不同平臺(tái)的遙感器所獲取的圖像信息的滿足成圖精度的比例尺范圍是不同的。因此，進(jìn)行遙感專題制圖和普通地圖的修測(cè)更新時(shí)，對(duì)不同平臺(tái)的圖像信息源，應(yīng)該結(jié)合

10、研究宗旨、用途、精度和成圖比例尺等要求，予以分析選用，以達(dá)到實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的效果。（2）波譜分辨率和波段的選擇波譜分辨率是由傳感器所使用的波段數(shù)目（通道數(shù)）、波長、波段的寬度來決定的。通常情況下，各種傳感器的波譜分辨率的設(shè)計(jì)都是有針對(duì)性的，這是因?yàn)榈乇砦矬w在不同光譜段上有不同的吸收、反射特征。同一類型的地物在不同波段的圖像上，不僅影像灰度有較大差別，而且影像的形狀也有差異。多光譜成像技術(shù)就是根據(jù)這個(gè)原理，使不同地物的反射光譜特性能夠明顯的表現(xiàn)在不同波段的圖像上。因此，在專題處理與制圖研究中，波段的選擇，對(duì)地物的針對(duì)性識(shí)別非常重要。在考慮遙感信息的具體應(yīng)用時(shí)，必須根據(jù)遙感信息應(yīng)用的目的和要求，選擇地

11、物波普特征差異較大的波段圖像，即能突出某些地物（或現(xiàn)象）的波段圖像。實(shí)際工作中有兩種方法：一是根據(jù)室內(nèi)外所測(cè)定的地物波譜特征曲線，直觀地進(jìn)行分析比較，根據(jù)差異的程度，找出與之相應(yīng)的傳感器的工作波段。二是利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，選擇不同波段影像密度方差較大且相關(guān)程度較小的波段圖像。除了對(duì)單波段遙感圖像的分析選擇外，大多數(shù)情況下是將符合要求的若干波段作優(yōu)化組合，進(jìn)行影像的合成分析與制圖。如用MSS影像編制縣級(jí)土地利用圖時(shí)，通常采用MSS4、5、7波段的合成影像；若進(jìn)一步區(qū)分林、灌、草，可選MSS5、6、7波段的合成影像。（3）時(shí)間分辨率和時(shí)相的選擇用傳感器對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行重復(fù)探測(cè)時(shí)，相鄰兩次探測(cè)的時(shí)間間

12、隔稱為遙感圖像的時(shí)間分辨率。遙感圖像的時(shí)間分辨率差異很大，用遙感制圖的方式反映制圖對(duì)象的動(dòng)態(tài)變化時(shí)，不僅要弄清楚研究對(duì)象本身的變化周期，同時(shí)還要了解有沒有與之相應(yīng)的遙感信息源。如在全國第二次土地調(diào)查中要研究田地病蟲害的受災(zāi)范圍、森林火災(zāi)蔓延范圍或洪水淹沒范圍等現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)變化，必須選擇與之相應(yīng)的短期或超短期時(shí)間分辨率的遙感信息源，顯然只有氣象衛(wèi)星的圖像信息才能滿足這種要求；研究植被的季相節(jié)律、農(nóng)作物的長勢(shì)，目前以選擇Landsat-TM或SPOT遙感信息為宜。遙感圖像是某一瞬間地面實(shí)況的記錄，而地理現(xiàn)象是變化的、發(fā)展的。因此，在一系列按時(shí)間序列成像的多時(shí)相遙感圖像中，必然存在著最能揭示地理現(xiàn)象本

13、質(zhì)的“最佳時(shí)相”圖像?？傊?，遙感圖像時(shí)相的選擇，既要考慮地物本身的屬性特點(diǎn)，也要考慮同一種地物的空間差異。2.圖像處理根據(jù)遙感制圖的任務(wù)要求，確定了遙感信息源之后，還必須對(duì)所獲得的原始遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，才能進(jìn)一步被利用。（1）圖像預(yù)處理人造衛(wèi)星在運(yùn)行過程中，由于側(cè)滾、仰俯的飛行姿態(tài)和飛行軌道、飛行高度的變化以及傳感器光學(xué)系統(tǒng)本身的誤差等因素的影響，常常會(huì)引起衛(wèi)星遙感圖像幾何畸變。因此，在專題地圖制圖之前，必須對(duì)遙感圖像進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理包括粗處理和精處理兩種類型。粗處理是為了消除傳感器本身及外部因素的綜合影響所引起的各種系統(tǒng)誤差而進(jìn)行的處理。它是將地面站接受的原始圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)事先存入計(jì)算

14、機(jī)的相應(yīng)條件而進(jìn)行糾正，并通過專用的坐標(biāo)計(jì)算程序加繪了圖像的地理坐標(biāo)，制成表現(xiàn)為正射投影性質(zhì)的粗制產(chǎn)品-圖像軟片和高密度磁帶。精處理的目的在于進(jìn)一步提高衛(wèi)星遙感圖像的幾何精度。其做法是利用地面控制點(diǎn)精確校正經(jīng)過粗處理后的圖像面積和幾何位置誤差，將圖像擬合或轉(zhuǎn)換成一種正規(guī)的符合某種地圖投影要求的精密軟片和高密度磁帶。目前，在精處理過程中，也常常在圖像上加繪控制點(diǎn)、行政區(qū)劃界限等對(duì)后續(xù)解譯工作起控制作用的要求。（2）圖像增強(qiáng)處理為了擴(kuò)大地物波譜的亮度差別，使地物輪廓分明、易于區(qū)分和識(shí)別，以充分挖掘遙感圖像中所蘊(yùn)含的信息，必須進(jìn)行圖像的增強(qiáng)處理。圖像增強(qiáng)處理的方法主要有光學(xué)增強(qiáng)處理和數(shù)字圖像增強(qiáng)處理

15、兩種。圖像光學(xué)增強(qiáng)處理的目的在于人為加大圖像的密度差。常用的方法有假彩色合成、等密度分割和圖像的相關(guān)掩膜等。數(shù)字圖像增強(qiáng)處理是借助計(jì)算機(jī)來加大圖像的密度差。主要方法有彩色增強(qiáng)、反差增強(qiáng)、濾波增強(qiáng)和比值增強(qiáng)等。數(shù)字圖像增強(qiáng)處理具有快速準(zhǔn)確、操作靈活、功能齊全等特點(diǎn)，是目前廣泛使用的一種處理方法。3.圖像解譯從數(shù)據(jù)類型來看，數(shù)字遙感圖像是標(biāo)準(zhǔn)的柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此，遙感圖像的解譯實(shí)際上就是把柵格形式的遙感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成矢量數(shù)據(jù)的過程。圖像解譯的主要方法有目視解譯和計(jì)算機(jī)解譯兩種。（1）目視解譯目視解譯是用肉眼或借助簡單的設(shè)備，通過觀察和分析圖像的影像特征和差異，識(shí)別并提取空間地理信息的一種解譯方法。目前

16、，遙感制圖已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化操作，目視解譯也從過去手工蒙片解譯發(fā)展為數(shù)字環(huán)境下的人機(jī)交互式圖像解譯。所謂人機(jī)交互式圖像解譯，是一種以計(jì)算機(jī)制圖系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以數(shù)字遙感圖像為信息源，以目視解譯為主要方法并充分利用專業(yè)圖像處理軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的各種操作。目視解譯一般包括以下幾個(gè)階段：解譯準(zhǔn)備、建立解譯標(biāo)志、解譯，最后在解譯工作完成過后，為保證解譯結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須通過野外抽樣調(diào)查，對(duì)解譯中的疑點(diǎn)進(jìn)行核實(shí)，并對(duì)成果進(jìn)行修改和完善。（2）計(jì)算機(jī)解譯計(jì)算機(jī)解譯是利用專業(yè)圖像處理軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的自動(dòng)識(shí)別和分類，從而提取專題信息的方法，它包括計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別和計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類。計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別（模式識(shí)別），是將經(jīng)

17、過精處理的遙感圖像數(shù)據(jù)根據(jù)計(jì)算機(jī)所研究的圖像特征進(jìn)行的處理。計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類分為監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類。監(jiān)督分類是根據(jù)已知試驗(yàn)樣本提出的特征參數(shù)建立解譯函數(shù)，對(duì)各待分類點(diǎn)進(jìn)行分類的方法；非監(jiān)督分類是事先并不知道待分類點(diǎn)的特征，僅僅根據(jù)各待分類點(diǎn)特征參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征，建立決策規(guī)劃并進(jìn)行分類的一種方法。目前，主要通過ERDAS、ER Mapper、PCI等圖像處理軟件進(jìn)行遙感圖像解譯。解譯得到的柵格數(shù)據(jù)，可以轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，以備進(jìn)一步的處理使用。計(jì)算機(jī)解譯能夠克服肉眼分辨率的局限性，提高解譯速度，而且隨著技術(shù)的日趨成熟，還能從根本上提高解譯精度。面對(duì)海量遙感數(shù)據(jù)，深入研究圖像的自動(dòng)解譯，對(duì)地理信息系統(tǒng)和

18、數(shù)字地球的建設(shè)具有重要的意義。4.基礎(chǔ)底圖的編制圖像解譯只是完成了從影像圖到專題要素線劃圖的轉(zhuǎn)換過程。為了說明專題要素的空間分布規(guī)律，還必須編制相應(yīng)的基礎(chǔ)底圖。傳統(tǒng)的遙感制圖中，編制基礎(chǔ)底圖時(shí)，首先選擇制圖范圍內(nèi)相應(yīng)比例尺的地形圖并進(jìn)行展點(diǎn)、鑲嵌、照相，制成線劃地形基礎(chǔ)底圖膜片，然后將地形基礎(chǔ)底圖膜片蒙在影像圖上，根據(jù)影像基礎(chǔ)底圖上解譯的地理基礎(chǔ)，更新地形基礎(chǔ)底圖上的地理要素，并對(duì)地形圖上原有的地理要素進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜∩?，最后制成供轉(zhuǎn)繪專題要素用的基礎(chǔ)底圖。這種線劃基礎(chǔ)底圖的內(nèi)容主要有水系、道路、境界線等，比例尺與遙感圖像一致。與此同時(shí)，可進(jìn)一步編制出成圖用的地理基礎(chǔ)-出版地圖。數(shù)字制圖環(huán)境下，基礎(chǔ)底圖的編制與傳統(tǒng)方法有所不同。一種方法是直接使用已經(jīng)編好的數(shù)字底圖資料。如果底圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、內(nèi)容要素等與成圖要求不同，用戶可以通過投影轉(zhuǎn)換或地圖編繪功能進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)。另一種方法