影像比例尺

影像比例尺是指影像上任一線段與其在地面上的實際長度之比。對於理想條件下的中心投影影像，即像片水平，地面水平且無起伏，其影像比例尺可用焦距與航高之比來表達。此時整幅影像具有統一的比例尺，但實際上不存在。由於地形起伏和感測器姿態不穩定，影像上各點比例尺是不同的。只能採用平均比例尺或近似比例尺。這種影像不能用來定量分析和量測。航天遙感影像中的陸地衛星影像，因軌道高度和姿態相對穩定，可看作是具有統一比例尺的影像。比例尺嚴格統一的影像，一般是經過精確幾何糾正的正射像片或正射影像圖，可直接用於各種量測和計算。影像比例尺作為影像反映地面景物詳細程度的量度，在影像分析、判讀和製圖中是一個重要參數。比例尺越大，反映地物越詳細準確，反之越概略、越綜合。

基本介紹

• 中文名：影像比例尺
• 外文名：Image scale
• 用途：各種量測和計算
• 反映：地面景物詳細程度
• 方式表達：焦距與航高之比

遙感影像空間解析度與成圖比例尺的關係套用

對遙感影像空間解析度與成圖比例尺的關係進行了研究，提出對應數學表達式。並分別對兩種常用的高解析度遙感影像IKONOS和QUICKBIRD進行了試驗，以RTKGPS測量值作為真值，精校正遙感影像與真值的差作為遙感影像的實地誤差，計算出影像幾何校正係數，從而得到兩種解析度遙感影像可以製作的合理成圖比例尺。

遙感影像空間解析度與成圖比例尺的數學關係

1、資料：

採用的遙感影像為中國農業大學地區的2001年4月IKONOS解析度為1m全色波段影像和4m多光譜融合影像 ，及其1∶2000比例尺掃描地形圖 ；蘇家坨地區的2002年QUICKBIRD解析度為0.61m全色波段影像和2.44m多光譜融合影像 ，及其1∶500比例尺掃描地形圖。採用的軟體為美國RSI公司研製的ENVI和武漢中地信息有限公司研製的 MapGIS。

2、數學式的建立：

幾何校正係數C是一個待定變數。以RTK GPS( Real Time Kinematic GPS)測量值作為真值，求出精校正遙感影像與真值的誤差，計算得到誤差的均方根差，就可以求出精糾正遙感影像均方根差的像元個數，即C的值。C值確定後，可以計算出此遙感影像可以製作的合理成圖比例尺。通常，遙感影像空間解析度越低，幾何校正係數C就應設定越大，這是因為空間解析度越低，影像邊緣幾何變形就越大，幾何校正的效果就越差。

遙感影像空間解析度愈高，可以製作的成圖比例尺愈大。不僅得到成圖比例尺與遙感影像空間解析度有關，而且只要遙感影像空間解析度一經確定，就可以計算其合理的成圖比例尺，也可以得到對遙感影像進行糾正的地形圖應當選取多大比例尺，為遙感製圖提供參考。

數據處理

1、掃描地形圖的地理編碼：

將兩種地形圖以300DPI的解析度進行掃描，然後選擇公里格線點作為控制點，根據所選控制點的北京地方坐標與掃描地形圖圖像的像元坐標擬合多項式 ，用擬合多項式對地形圖進行地理編碼。

2、遙感影像的幾何校正：

遙感影像採用地形圖為標準坐標空間，採取同名點對遙感影像進行幾何精校正，選擇地形圖上不變的明顯地物標誌 (如線狀地物交叉點 )作為控制點，首先在遙感影像的四個角選取控制點，然後均勻加密，以確保均方根差小於1個像元，每標準分幅選取25個左右的控制點，然後採用二元二次多項式進行空間幾何位置變換，最後採用三次卷積方法對原始影像進行灰度重採樣，得到帶有標準地理坐標的遙感影像。

3、RTK GPS實地測量：

RTK GPS實地測量定位中誤差一般為±10mm ，D、E級網中最弱相鄰點的相對點位中誤差不得超過5cm，其精度完全符合精度要求，具有一定的可操作性。

根據遙感影像上選擇的控制點，採用RTK GPS到實地進行測量。實地測量前，充分做好各項準備工作，如儀器、人員、天氣狀況等，並根據星曆檔案做好星曆預報，安排最佳的測量時間，以保證外業數據測量的精度和可用性；實地測量時，如果所選的控制點發生變化或者難以定位，根據實際的狀況更改控制點的位置或添加新的控制點。

結果分析

1、點位精度分析：

從兩研究區域中分別選取18個控制點，分別測算它們在精校正後遙感影像上的坐標和RTK GPS實地測量坐標值。

解析度為1m的遙感影像可以製作的最大成圖比例尺為1∶4430，按國家標準分幅，成圖比例尺可達1∶5000。

解析度為0.61m的遙感影像可以製作的最大成圖比例尺為1∶2721，按國家標準分幅，成圖比例尺基本可達1∶2500。

2、面積誤差分析：

為了檢驗成圖比例尺的準確程度，從兩研究區域各選取10個圖斑，分別測算它們在校正後遙感影像的面積和 RTK GPS實地測量的面積，比較其差值是否符合允許的誤差精度。

1m解析度遙感影像的圖斑面積精度可以滿足1∶5000比例尺圖件的精度要求。

0.61m解析度遙感影像的圖斑面積精度基本可以滿足1∶2500比例尺圖件的精度要求。

套用遙感影像製作礦區大比例尺地形圖

在專業的遙感和地理信息系統軟體平台支持下，利用Aster立體像對和IKONOS高解析度遙感影像分別提取礦區地形信息和地物信息，結合礦區的實際特點，參照地形圖製作規範對礦區大比例尺地形圖的製作進行了分析和探討，結果表明利用遙感影像進行礦區大比例尺地形圖製作不但周期短、速度快、時效性強，而且精度完全能夠滿足生產需要，是一種實用可行的方法。

遙感圖像預處理

由於遙感系統空間、波譜、時間以及輻射解析度的限制，很難精確地記錄複雜地表的信息，因而誤差不可避免地存在於數據獲取過程中。這些誤差降低了遙感數據的質量，從而影響了遙感圖像分析的精度。因此，在實際圖像分析和套用之前，有必要對遙感原始圖像進行預處理。

選擇1∶10000的礦區範圍地形圖作為控制資料，在地形圖和遙感影像圖像上選擇同名控制點，對礦區的 IKONOS影像進行了幾何校正，然後根據礦區的實際地物的光譜特徵進行不同波段的合成比對試 驗，最後選擇IKONOS影像的R( B3)、G( B4)、B( B2) 波段進行合成，並利用KONOS的全色波段與合成的多光譜波段進行融合，得到了空間解析度為1m的IKONOS影像圖。

礦區DEM 數據生成及等高線提取

基於衛星遙感圖像提取DEM的技術是當前遙感技術發展的一個重要方向。利用立體像對提取DEM不僅效率高，且具有數據更新快及人力物力耗費少等突出優點。藉助ASTER—DTM軟體對ASTER遙感影像的立體像對進行DEM提取，ASTER—DTM是 一 種基於IDL語言專門針對ASTER數據自動生成DTM的模組，ENVI環境中運行。該軟體在保證精度的前提下，可對圖像中具有線狀或面狀特徵的地物進行精確識別和擬合，以自動提取兩幅影像中的同名點，然後根據數字攝影測量的原理生成DEM數據。

礦區地物信息提取

礦區地形圖的要求，以GIS軟體為礦區地物信息提取的主要平台，分析IKONOS影像的地物特徵，並將遙感影像與礦區原有地形圖進行參考比對，通過不同地物信息在遙感圖像上顯示出的特徵影像單元體建立目視解譯標誌，以解譯標誌為判別模式，並通過這種標誌的目視解譯套用，在數字圖像上採用人機互動勾繪的方式精確地確定地物位置或追索邊界。並根據地形圖製作相關標準，對每個圖層的圖斑採用不同的符號和顏色表示類型，實現不同地物信息解譯提取、分類編碼與編圖。基於研究區域的實際情況，對區內的居民地、道路、水體和礦點等4 種地物信息進行了提取。

礦區1∶10000地形圖製作

參考1∶10000地形圖製圖規範的要求和內容，利用解譯的地物信息和提取的礦區等高線，進行了礦區1 ∶10 000地形圖的製作。地形圖採用高斯-克呂格投影，平面坐標系統採用1980西安坐標系； 高程採用1985國家高程基準。按照規範要求將生成的等高線進行修改，將穿過房屋、河流、湖泊的等高線在此位置剪短，並在等高線上標註該等高線的海拔高度。參照規範，基本等高距設定為5m，並加計曲線加粗，在明顯地物點和地形特徵點上選取高程註記點，其密度為圖上每100cm2 內，平地，丘陵地10 ～ 20個；山地、高山地及地形特徵點稀少地區8 ～ 15個。等高線註記圖上每100cm2內1 ～ 3個。其他地形圖的符號和註記規格按GB5791—1986 1 ∶5000、1∶ 10000地形圖圖式要求執行。

礦區地形圖精度分析

在完成1∶10000 地形圖製作後，必須進行檢核和精度評定。在製作的地形圖與礦區原有地形圖上選取15個同名點，將其坐標數據進行比較，經統計分析得到精度結果。

因為1∶10000地形圖圖上單點定位絕對精度為士5.0m，所以這項精度指標已經達到了1∶10000 地形圖圖上單點定位絕對精度的要求，而高程中誤差±6.962m也能滿足礦區1∶10000 地形圖的要求。