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【摘 要】21世纪以来，我国城市化进程不断加速，城市建设日新月异，城市规模越来越大，城市发展过程中乱征、滥建等违法建设情况时有发生。为了治理城市建设过程中的违章、违法建筑，促使城市建设良性循环，必须采取有效的手段，对城市发展建设进行实时的、动态的监测。
【关键词】遥感；正摄影像；CBERS-02B，DOM
0.前言
本文以某城区为例，以监测某一时期内城市发展建设情况为目的，进行综合需求分析，采用CBERS-02B数据与Googleearth下载数，通过数据的预处理，将高分辨率、全色CBERS-02B影像与Googleearth下载彩色数据融合，得到高分辨率彩色遥感影像，将不同时期的高分辨率彩色遥感影像进行对比，计算机解译配合人工判读提取监测图斑。对提取后的变化图斑进行分类、分析，通过变化图斑的类别（属性），总结某一时期内城市建设变化情况。为城市管理部门掌控城市建设动态提供直观、精准、科学的数据，促进地方相关部门加大力度搞好城市规划、管理，使城市建设更加规范化、人性化。
1.数据准备与技术路线确定
1.1数据准备情况
本文涉及到的试验数据主要包括CBERS-02B、1：10000地形图、1：50000DEM，均由中测新图（北京）遥感技术有限责任公司提供；另外，为保证数据的色彩效果，试验过程中还采用了部分Googleearth下载数据。在此，对相关数据都作了相应说明，为隐密起见，不涉及具体城市名称。
1.2技术路线和作业流程
1.2.1作业流程
本试验主要作业流程包括数据准备、影像处理、变化信息提取、计算机判读与人工判读的比较、变化信息分类、形成结论等六个阶段。
1.2.2技术路线图
为了兼顾试验结果的精度和工作效率，此技术路线与中测新图（北京）遥感技术有限责任公司应用的技术路线、方法稍有不同，具体技术路线见图1。
图1 技术路线图
2.影像处理
原始影像图包括全色灰度图和多光谱彩色图，全色波段数据图像主要提供的是纹理信息，处理的方法根据所原始影像质量的优劣而制定，尽可能的保证图像具有清晰的空间分辨能力，当图像噪音较大时，在融合前需对局部图像进行灰度的反差增强和纹理能量信息的增强处理。多光谱图像主要提供地物、地貌的光谱信息。全色和多光谱数据的融合能够兼顾地物的纹理和光谱差异，能够更加接近地物的现实特征，使影像色彩信息丰富，地物清晰。
2.1遥感影像几何纠正与精度评定[2-3]
2.1.1几何纠正
采用1：10000矢量地形图和1：50000DEM作为纠正基础，选择有理多项式法对CBERS-02B数据（前时相、后时相）和X数据分别进行正摄纠正。控制点选取按照由整体到局部，均匀覆盖整个建成区的原则，选择16-25个控制点，各控制点点位误差控制在一个像元以内，重采样分别输出CBERS-02B（前时相、后时相）和X数据正摄影像图。
2.1.2精度评定
将纠正输出的正摄影像图与地形图进行叠加套合对比，均匀选取16个点位检查套合精度，最大残差1.46米，中误差0.80米，几何精度满足规范要求。
2.2影像融合融合
现有遥感处理软件提供了多种融合算法，但本试验采用的数据CBERS-02B各景间数据质量不均匀，且X数据内部色彩不一，经过多次试验，目前既定融合算法对实验数据的融合质量均不理想，后经图像处理软件PHOTOSHOP对多光谱数据进行去噪及匀色处理，且去掉其纹理信息（仅保留颜色信息），设置图层透明度为40%～50%之间；同时对全色数据进行纹理增强。将多光谱图层与全色图层合并融合。
2.3色彩处理
2.3.1单景数据内部颜色处理
对融合后的单景影像进行颜色处理，使其纹理清晰、色彩均匀、柔和、亮度/对比度适中。
2.3.2不同景数据的颜色处理
以通过颜色调试的数据为基调，对相邻景进行色彩调试，使相邻景色彩基调与参考数据一致，按照相邻传递的方法对其他各景数据依次进行调试。
2.4影像镶嵌
通过镶嵌线对融合后的正摄影像进行镶嵌处理，并对镶嵌后的影像进行检查。
2.4.1镶嵌原则
根据工作区影像成果情况，保证在重叠区域合理使用各种影像资料：
（1）前期制作成果优先于后期制作成果；
（2）高分辨率成果优先于低分辨率成果；
（3）同期成果影像质量好的成果优先于质量相对差的成果（影像质量包括光谱信息、噪声、斑点、饱和度、云雪覆盖等方面）。
2.4.2镶嵌前检查
镶嵌前精度检查主要是通过影像叠加显示、量测、目视观察等方法进行。
2.4.3镶嵌线选择、镶嵌
镶嵌线应尽量选取线状地物或地块边界等明显分界线，以便使镶嵌图像中的拼缝尽可能地消除，使不同时相影像镶嵌时保证同一地块內纹理、色彩自然过渡，有利于判读，镶嵌线选取完成后进行影像镶嵌。
2.4.4镶嵌后精度检查
对镶嵌后的影像进行检查，避免出现裂缝、错位、模糊、扭曲和重影现象；并且使时相相同或相近的镶嵌影像，纹理、色彩是否过渡自然。
3.城区建筑物自动提取
3.1建筑物的提取
对于城区矩形建筑物的计算机自动提取，陶文兵等人提出了基于几何结构元分析的航空图像城区建筑物的自动提取和利用机载激光扫描测距数据进行建筑物的自动提取进行讨论。对于最近几年出现的高分辨率航天影响同样适用（陶文兵，2003）。
通过Canny边缘检测算子提取建筑物轮廓边缘，通过轮廓跟踪并使用Splitting方法提取直线得到相应的直线几何图形。采用几何结构元分析方法，提取图形中构成矩形的基本结构元，根据结构元合并的准则，通过相应算法将各种基本结构元合并成矩形结构。 该方法运算速度快，提取矩形房屋具有较高的准确率，并且边界定位精度良好，基本能完成矩形房屋目标的自动检测，误检和漏检的情况较少（见图1-2）。
DOM影像 边缘增强效果 提取的边缘值
图1-2建筑物轮廓提取过程图
Fig 5-2 extraction process schematic diagram of building profile
从上图可以看出，高分辨率航天遥感影像采用基于几何结构元分析的方法对于矩形建筑物的提取，提取效果完全能够满足作为城市变化动态监测和中小比例尺地形图更新的需求。
3.2城市变化图斑的生成、修改
通过几何构元后的前后时相CBERS-02B差值运算，自动得到监测变化图斑；然后，结合人工判读对图斑进行修改。目前，国内外普遍应用的也是通过两期不同时相的遥感影像叠加对比，目视解译并手动勾勒出变化图斑的形状大小。目前，这一方法仍然是主要解决办法。
4.计算机自动提取和人工手动提取的对比
经过以上基于几何构元的计算机自动提取建筑物轮廓，然后做差值运算提取变化图斑的过程和结果，与完全手动修改后城市变化图斑成果作对比，发现两者相比，成果较为接近。
5.动态监测变化信息分类与应用
5.1变化信息的分类依据
城市土地分类是开展城市土地利用的最基本问题。根据建设部1991年颁布的《城市用地分类与规划建设用地标准》（ GBJ I 37-90 ），城市用地按土地使用主要性质进行划分和归类，采用大类、中类和小类三个层次的分类体系，共分10大类〔居住用地、公共设施用地、市政公用设施用地、对外交通用地、道路广场用地、工业用地、仓储用地、特殊用地、绿地、水域及其他用地），46中类，73小类。国内学者根据不同研究区域范围与特性，基于遥感影像图将城市用地类型按照不同的方式进行了分类。
5.2城市用地类型专题图制作
按照城市规划行业标准首先将城市划分为各种用地类型，制作城市用地分类专题图，作为城市变化信息的分类依据，从而完成城市建设变化信息的分类工作。由此，绝大部分变化信息为相应变化类型，可明显提高工作效率。
5.3城市变化信息的专家分类
在ERDAS软件中用专家分类器制作分类模板，对提取的变化信息和制作的城市用地类型专题图进行叠加分类分析，结合人工判读进行修正，最终得到分类后的变化信息，可作为政府各级管理部门统计、分析城市用地情况的依据。
5.4变化图斑用于城市地形图的更新
本文以某市遥感影像为试验，在DOM制作上进行了严格的质量控制，经过对图面精度抽样分析，发现提取的变化图斑精度完全能够达到1：5万地形图的精度标准，而且现在的城市变化动态监测都是对各个城市的连续监测，这样，下一期监测就能够剔除上一期监测的伪图斑，从而使监测变化地物真实的反应城市建设过程中的变化，然后经过分类分层变化和属性赋值，来更新城市图形数据库。用遥感监测的方法来更新中小比例尺的地形图，效率高、成本低，而且作为城市规划动态监测的副产品，会给测绘事业的发展提供更快更好的数据库更新办法。
6.结束语
本研究主要包括两个方面，一是对于数字正摄影像的制作过程做了详细的阐述，加上大量数据试验验证，得出了CBERS-02B影像处理的规律和相应算法；另外，对于城市规划建成区内的建筑物轮廓进行了计算机自动提取，并做了大量实验，得出了一套切实可行的城市规划动态监测的方法，为将来的批量数据处理和变化信息获取提供了技术支持。
参考文献：
[1]马友平，冯仲科，何友均，张志华.基于ERDAS IMAGE 软件的快鸟影像融合研究[J].北京林业大學学报，2007，29（增刊2）：26-30.
[2]王崇倡，石吉宝。QuickBird遥感全色影像平面精度分析[J].黑龙江工程学院：测绘工程，2004-1：53-56.
[3]李军林，李国春，王静.一种结合形状特征的多光谱遥感影像分割方法[J].农业网络信息，2006（5）：16-19.
[4]袁东升.应用遥感技术进行城市绿化现状调查的研究[J].中国园林，2001（5）：74-76.
[5]初佳兰，张杰，王小龙.SPOT、QuickBird卫星遥感数据提取东沙岛植被信息的比较[J].海洋学研究，2006，24（2）：79-85.
【关键词】遥感；正摄影像；CBERS-02B，DOM
0.前言
本文以某城区为例，以监测某一时期内城市发展建设情况为目的，进行综合需求分析，采用CBERS-02B数据与Googleearth下载数，通过数据的预处理，将高分辨率、全色CBERS-02B影像与Googleearth下载彩色数据融合，得到高分辨率彩色遥感影像，将不同时期的高分辨率彩色遥感影像进行对比，计算机解译配合人工判读提取监测图斑。对提取后的变化图斑进行分类、分析，通过变化图斑的类别（属性），总结某一时期内城市建设变化情况。为城市管理部门掌控城市建设动态提供直观、精准、科学的数据，促进地方相关部门加大力度搞好城市规划、管理，使城市建设更加规范化、人性化。
1.数据准备与技术路线确定
1.1数据准备情况
本文涉及到的试验数据主要包括CBERS-02B、1：10000地形图、1：50000DEM，均由中测新图（北京）遥感技术有限责任公司提供；另外，为保证数据的色彩效果，试验过程中还采用了部分Googleearth下载数据。在此，对相关数据都作了相应说明，为隐密起见，不涉及具体城市名称。
1.2技术路线和作业流程
1.2.1作业流程
本试验主要作业流程包括数据准备、影像处理、变化信息提取、计算机判读与人工判读的比较、变化信息分类、形成结论等六个阶段。
1.2.2技术路线图
为了兼顾试验结果的精度和工作效率，此技术路线与中测新图（北京）遥感技术有限责任公司应用的技术路线、方法稍有不同，具体技术路线见图1。
图1 技术路线图
2.影像处理
原始影像图包括全色灰度图和多光谱彩色图，全色波段数据图像主要提供的是纹理信息，处理的方法根据所原始影像质量的优劣而制定，尽可能的保证图像具有清晰的空间分辨能力，当图像噪音较大时，在融合前需对局部图像进行灰度的反差增强和纹理能量信息的增强处理。多光谱图像主要提供地物、地貌的光谱信息。全色和多光谱数据的融合能够兼顾地物的纹理和光谱差异，能够更加接近地物的现实特征，使影像色彩信息丰富，地物清晰。
2.1遥感影像几何纠正与精度评定[2-3]
2.1.1几何纠正
采用1：10000矢量地形图和1：50000DEM作为纠正基础，选择有理多项式法对CBERS-02B数据（前时相、后时相）和X数据分别进行正摄纠正。控制点选取按照由整体到局部，均匀覆盖整个建成区的原则，选择16-25个控制点，各控制点点位误差控制在一个像元以内，重采样分别输出CBERS-02B（前时相、后时相）和X数据正摄影像图。
2.1.2精度评定
将纠正输出的正摄影像图与地形图进行叠加套合对比，均匀选取16个点位检查套合精度，最大残差1.46米，中误差0.80米，几何精度满足规范要求。
2.2影像融合融合
现有遥感处理软件提供了多种融合算法，但本试验采用的数据CBERS-02B各景间数据质量不均匀，且X数据内部色彩不一，经过多次试验，目前既定融合算法对实验数据的融合质量均不理想，后经图像处理软件PHOTOSHOP对多光谱数据进行去噪及匀色处理，且去掉其纹理信息（仅保留颜色信息），设置图层透明度为40%～50%之间；同时对全色数据进行纹理增强。将多光谱图层与全色图层合并融合。
2.3色彩处理
2.3.1单景数据内部颜色处理
对融合后的单景影像进行颜色处理，使其纹理清晰、色彩均匀、柔和、亮度/对比度适中。
2.3.2不同景数据的颜色处理
以通过颜色调试的数据为基调，对相邻景进行色彩调试，使相邻景色彩基调与参考数据一致，按照相邻传递的方法对其他各景数据依次进行调试。
2.4影像镶嵌
通过镶嵌线对融合后的正摄影像进行镶嵌处理，并对镶嵌后的影像进行检查。
2.4.1镶嵌原则
根据工作区影像成果情况，保证在重叠区域合理使用各种影像资料：
（1）前期制作成果优先于后期制作成果；
（2）高分辨率成果优先于低分辨率成果；
（3）同期成果影像质量好的成果优先于质量相对差的成果（影像质量包括光谱信息、噪声、斑点、饱和度、云雪覆盖等方面）。
2.4.2镶嵌前检查
镶嵌前精度检查主要是通过影像叠加显示、量测、目视观察等方法进行。
2.4.3镶嵌线选择、镶嵌
镶嵌线应尽量选取线状地物或地块边界等明显分界线，以便使镶嵌图像中的拼缝尽可能地消除，使不同时相影像镶嵌时保证同一地块內纹理、色彩自然过渡，有利于判读，镶嵌线选取完成后进行影像镶嵌。
2.4.4镶嵌后精度检查
对镶嵌后的影像进行检查，避免出现裂缝、错位、模糊、扭曲和重影现象；并且使时相相同或相近的镶嵌影像，纹理、色彩是否过渡自然。
3.城区建筑物自动提取
3.1建筑物的提取
对于城区矩形建筑物的计算机自动提取，陶文兵等人提出了基于几何结构元分析的航空图像城区建筑物的自动提取和利用机载激光扫描测距数据进行建筑物的自动提取进行讨论。对于最近几年出现的高分辨率航天影响同样适用（陶文兵，2003）。
通过Canny边缘检测算子提取建筑物轮廓边缘，通过轮廓跟踪并使用Splitting方法提取直线得到相应的直线几何图形。采用几何结构元分析方法，提取图形中构成矩形的基本结构元，根据结构元合并的准则，通过相应算法将各种基本结构元合并成矩形结构。 该方法运算速度快，提取矩形房屋具有较高的准确率，并且边界定位精度良好，基本能完成矩形房屋目标的自动检测，误检和漏检的情况较少（见图1-2）。
DOM影像 边缘增强效果 提取的边缘值
图1-2建筑物轮廓提取过程图
Fig 5-2 extraction process schematic diagram of building profile
从上图可以看出，高分辨率航天遥感影像采用基于几何结构元分析的方法对于矩形建筑物的提取，提取效果完全能够满足作为城市变化动态监测和中小比例尺地形图更新的需求。
3.2城市变化图斑的生成、修改
通过几何构元后的前后时相CBERS-02B差值运算，自动得到监测变化图斑；然后，结合人工判读对图斑进行修改。目前，国内外普遍应用的也是通过两期不同时相的遥感影像叠加对比，目视解译并手动勾勒出变化图斑的形状大小。目前，这一方法仍然是主要解决办法。
4.计算机自动提取和人工手动提取的对比
经过以上基于几何构元的计算机自动提取建筑物轮廓，然后做差值运算提取变化图斑的过程和结果，与完全手动修改后城市变化图斑成果作对比，发现两者相比，成果较为接近。
5.动态监测变化信息分类与应用
5.1变化信息的分类依据
城市土地分类是开展城市土地利用的最基本问题。根据建设部1991年颁布的《城市用地分类与规划建设用地标准》（ GBJ I 37-90 ），城市用地按土地使用主要性质进行划分和归类，采用大类、中类和小类三个层次的分类体系，共分10大类〔居住用地、公共设施用地、市政公用设施用地、对外交通用地、道路广场用地、工业用地、仓储用地、特殊用地、绿地、水域及其他用地），46中类，73小类。国内学者根据不同研究区域范围与特性，基于遥感影像图将城市用地类型按照不同的方式进行了分类。
5.2城市用地类型专题图制作
按照城市规划行业标准首先将城市划分为各种用地类型，制作城市用地分类专题图，作为城市变化信息的分类依据，从而完成城市建设变化信息的分类工作。由此，绝大部分变化信息为相应变化类型，可明显提高工作效率。
5.3城市变化信息的专家分类
在ERDAS软件中用专家分类器制作分类模板，对提取的变化信息和制作的城市用地类型专题图进行叠加分类分析，结合人工判读进行修正，最终得到分类后的变化信息，可作为政府各级管理部门统计、分析城市用地情况的依据。
5.4变化图斑用于城市地形图的更新
本文以某市遥感影像为试验，在DOM制作上进行了严格的质量控制，经过对图面精度抽样分析，发现提取的变化图斑精度完全能够达到1：5万地形图的精度标准，而且现在的城市变化动态监测都是对各个城市的连续监测，这样，下一期监测就能够剔除上一期监测的伪图斑，从而使监测变化地物真实的反应城市建设过程中的变化，然后经过分类分层变化和属性赋值，来更新城市图形数据库。用遥感监测的方法来更新中小比例尺的地形图，效率高、成本低，而且作为城市规划动态监测的副产品，会给测绘事业的发展提供更快更好的数据库更新办法。
6.结束语
本研究主要包括两个方面，一是对于数字正摄影像的制作过程做了详细的阐述，加上大量数据试验验证，得出了CBERS-02B影像处理的规律和相应算法；另外，对于城市规划建成区内的建筑物轮廓进行了计算机自动提取，并做了大量实验，得出了一套切实可行的城市规划动态监测的方法，为将来的批量数据处理和变化信息获取提供了技术支持。
参考文献：
[1]马友平，冯仲科，何友均，张志华.基于ERDAS IMAGE 软件的快鸟影像融合研究[J].北京林业大學学报，2007，29（增刊2）：26-30.
[2]王崇倡，石吉宝。QuickBird遥感全色影像平面精度分析[J].黑龙江工程学院：测绘工程，2004-1：53-56.
[3]李军林，李国春，王静.一种结合形状特征的多光谱遥感影像分割方法[J].农业网络信息，2006（5）：16-19.
[4]袁东升.应用遥感技术进行城市绿化现状调查的研究[J].中国园林，2001（5）：74-76.
[5]初佳兰，张杰，王小龙.SPOT、QuickBird卫星遥感数据提取东沙岛植被信息的比较[J].海洋学研究，2006，24（2）：79-85.