市域卫星数字正射影像图投标文件技术方案.doc
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1、东莞市市域卫星数字正射影像图投标文件技术方案目录一、项目背景-3二、项目预期目标-4三、项目建设原则-6四、用户需求-8五、项目的设计思想及可行性技术方案-10六、数据处理和制图质量保证措施-20七、关于技术保障的进一步说明-21八、项目实施进度计划-23九、技术服务、售后服务计划及承诺-24一、项目背景东莞市地处广东省中南部,东江下游,珠江三角洲东南部,北靠广州;毗邻香港,处于穗港经济走廊中间。1985年9月,经国务院批准撤县设市;1988年1月,东莞升格为不设县的地级市,现辖32个镇区。全市户籍人口150万,外来人口500万。使用高分辨率卫星影像,可满足东莞市经济快速发展对地图现势性的要求
2、;给城市规划和建设提供高分辨率卫星影像资料;弥补基础测绘周期长的不足;为地图制作准备资料。二、项目预期目标本项目总体目标是:以东莞市城建规划局信息化建设需求为基础,东莞市城建规划管理信息系统总体设计框架为指导,参考相关行业标准和规范,应用高分辨率遥感技术、地理信息技术、数据库技术等相关技术,完成东莞市市域卫星数字正射影像图制作及影像入库,开发出结合规划使用、可快速浏览海量影像并进行不同时期影像对比的管理软件,利用东莞市现有的数据资源,建成包含地形数据、影像数据在内的影像空间数据库,为东莞市城建规划管理信息系统建设提供完整、安全和可靠的数据支撑和运行保障。在该总体目标的指导下,具体划分各子目标,
3、包括以下几个方面:1、完成东莞市市域约2500平方公里高分辨率(高于1米)卫星数据产品(包含全色与多光谱产品)的采集。利用光学卫星进行数据采集需要有较好的天气条件,而东莞市属亚热带季风气候,长夏无冬,日照充足,雨量充沛,一年中23月份日照最少,7月份日照最多。雨量集中在49月份,其中46月为前汛期,以锋面低槽降水为多。79月为后汛期,台风降水活跃。如何避开雨季,采集到较好质量的数据是本项目较为关键的一步,在可行性分析中将进行详细论述。2、制作各种比例尺东莞市高分辨率卫星影像地图并将影像入库管理,形成系列化的标准分幅影像地图库;并与矢量数据库进行叠合,为矢量数据库提供视觉参考。1)在已有的基础上
4、对城建规划业务进行深入细致的调查,形成东莞市城建规划空间影像数据总体需求;2)结合相关标准,制定东莞市规划空间影像数据的规范;3)在以上工作的基础上,完成东莞市影像入库管理。要求无论在何种比例尺情况下,要求各种空间数据之间(影像数据与各比例尺矢量数据)能进行精确匹配和叠加。4)制作卫星影像相纸图。3、开发东莞市城建规划局影像浏览工具软件。工具软件主要功能:1)可实现不同时相局部区域影像的同步慢游浏览和同步放大缩小,可以目视比较局部区域城市建设要素的时间变化。2)并在该软件里实现高分辨率、大区域海量遥感影像数据的快速浏览。3)与矢量图层进行复合显示。4)该软件能够直接读取常用图形图像格式包括:常
5、见交换格式,如DXF、SDB、DWG、VCT、TIF、GeoTIF、BMP、JPG等;支持转换大多数常用的图形数据格式,如DWG、Coverage、Tab等;支持国家标准交换格式,如VCT等;支持多种影像文件格式,如TIF、GeoTIF、BMP、JPG、ECW、MrSID等。5)可在该软件上进行矢量化。4、评估城市环境条件;监测城市扩张和变化;在特定时候提供人不可到达地区的信息。三、项目建设原则项目的建设主要遵从以下几个方面的原则:1、实用性最大程度地满足规划管理业务的需要,为业务管理提供最优的业务数据模型,是系统建设的基础依据。工具软件的设计易于理解、界面友好。影像数据源应具有与其他系统数据
6、共享、协同工作的能力。2、前瞻性和可扩展性目前,遥感技术、数据库技术与GIS 技术发展非常快,同时城市建设与规划管理业务也在不断扩大和调整,这就要求遥感数据源需要有其先进性和超前性,数据库的设计具有超前性,以便更好地处理因此引发的系统升级问题。同时,数据库设计应充分考虑计算及相关技术方面的发展趋势,使数据库具有较强的扩展能力,确保数据库能适应现代信息技术高速发展的需求。3、经济性数据源选择性价比高的产品。软件选型经济实用:选择性能价格比高的软件是系统成功建设的重要基础。4、安全性由于高分辨率卫星影像数据库的安全是数据库建设的一个重要方面,也是以后信息系统运行的一个重要保障。概括起来说,数据库安
7、全性必须考虑以下几个方面:(1)权限管理,防止非法登录,保证合法用户拥有合法权限,保证按照权限对数据库进行操作;(2)防病毒设计,防止病毒对数据的侵害;(3)数据备份机制的建立,防止意外情况导致数据损失;(4)数据库的容错处理,保证数据的完整性和一致性。5、标准化与规范化 为了确保影像数据的共享和互操作,实现基础地理信息的共享,必须建立统一的标准和共同遵守的规范,使数据能为政府各部门及社会各行各业所接受和使用。6、一体化影像数据入数据库后,与现有规划管理系统中的矢量图层要能较好的进行衔接。四、用户需求与特点分析1、购买东莞全市域约2500平方公里全色及多光谱高分辨率卫星影像数据。2、进行数据融
8、合。对卫星数据的全色及多光谱波段进行融合。包括选取最佳波段,从多种分辨率融合方法中选取最佳方法进行全色波段和多光谱波段融合,以使得图像既有高的空间分辨率和纹理特性,又有丰富的光谱信息,从而达到影像地图信息丰富、视觉效果好、质量高的目的。3、进行数字几何正射校正。依据控制点(由城建局提供)利用相应软件模块对数据进行几何精校正,这一步骤包括利用地面控制点(GCPs)找出实际地形,计算配准中控制点的误差,利用DEM消除地形起伏引起的位移,然后对图像进行重采样等。4、进行图像镶嵌。相邻图像,由于成像日期、系统处理条件可能有差异,不仅存在几何畸变问题,而且还存在辐射水平差异导致同名地物在相邻图像上的亮度
9、值不一致。如不进行色调调整就把这种图像镶嵌起来,即使几何配准的精度很高,重叠区复合得很好,但镶嵌后两边的影像色调差异明显,接缝线十分突出,既不美观,也影响对地物影像与专业信息的分析与识别,降低应用效果。要求镶嵌完的数据色调基本无差异,美观。5、地名注记标注与系列标准分幅影像地图制作。根据相关图件以及实际调查,并根据具体要求,在影像地图上标注显著地物名称。根据已有的市界和区界图,为影像地图加上市界、区界和其它要素说明。按照1:10000,1:5000,1:2000,1:1000地形图标准分幅将整块或分块镶嵌的数字影像图进行标准分割,形成系列化的标准分幅影像地图库。6、图廓整饰与各种不同比例尺影像
10、地图输出。按照成图规范,针对不同比例尺地图的要求制作相应的图幅整饰模板,实现1:10000,1:5000,1:2000,1:1000等各种不同比例尺规格遥感影像地图的制图输出,如此可以得到影像图面效果和图面整饰效果良好的纸质影像地图或挂图。7、遥感处理成果数据与可与城建规划局现有系统(基于CAD 的规划管理信息系统)兼容,能够保证现有系统对成果数据的顺利调用。8、将成果数据与现有规划管理系统中的矢量图层(1:2000)进行复合显示。9、若将来每年或每两年获取新时相遥感影像,须负责解决多时相遥感影像处理、提取动态变化信息的技术问题,对新增或减少的每一个人工建筑物,包括楼房、平房、道路、及有关市政
11、设施等可以进行标示,同时对森林、城市绿地、水体等地表覆盖类型的变化进行标示,为更好地进行城市规划管理工作起到显著的作用。10、利用相应软件工具,利用高压缩比、高保真的图像数据压缩技术,对本数据进行压缩。并在相应软件里实现高分辨率、大区域海量遥感影像数据的快速浏览,与矢量图层进行复合显示。11、加注地名注记并通过地名注记建立快速的地名索引,可实现大范围遥感影像的浏览查询。12、要求提供相应软件工具,实现不同时相局部区域影像的同步慢游浏览和同步放大缩小,便于目视比较局部区域城市建设要素的时间变化。13、要求提供4通道(红外光、红光、绿光、及蓝光通道)多光谱信息,满足植被信息的高精度自动提取、植被景
12、观动态监测的需要。五、项目的设计思想及可行性技术方案1、遥感数据源采用QuickBird卫星影像数据,QuickBird卫星是目前世界上空间分辨率最高的商用卫星,有突出的优越性:全色分辨率为0.61m,多光谱分辨率为2.44m;1-6天的运行周期。其特有的分辨率高、失真率低、更新快等突出特点决定了QuickBird在地图制作和更新方面具有其它卫星无可比拟的优势。据数字全球公司估计在20042005年之前空间轨道上不会出现性能与快鸟卫星相当或超过快鸟卫星的商用遥感卫星。而QuickBird的超大幅宽(16.5公里*16.5公里)和超大硬盘容量保证了它可以在同等天气情况下比之其他高分辨率卫星具有更
13、为明显的采集优势。QuickBird的60厘米分辨率使之成为目前世界上最高分辨率的商用卫星,也是唯一能满足可与1:2000规划图进行叠合的卫星数据。满足可使用该影像确定和定位各种各样特征,例如街道中央线,建筑预定点,停车场等。成像过程中,由于受地形起伏、卫星姿态、卫星投影方式的影响,影像上的像点会发生偏移(投影误差和倾斜误差)。因此,要制作高质量、高精度地图,需要进行几何精纠正。2、数据纠正、入库处理方法与具体步骤主要包括基础地理数据准备、大地控制点的选取、数字几何精校正、数据融合、图像镶嵌、地名注记与图廓整饰、按照各种不同比例尺出图等内容,总体上以“图像处理与影像制图流程示意图”表示。1)大
14、地控制点的选取遥感影象(QuickBird)选控制点对(包括高程Z坐标)几何精纠正数据融合地名注记与图廓整饰 影像镶嵌、调色已有的DEM数据遥感影象地图地形图结合实地考察和其他辅助信息进行解译分类(农用地、建设用地、植被等)按照不同比例尺出图选好控制点是保证精几何校正质量的基础。一般选择在图像和地形图上都容易识别定位的明显地物点,如道路、河流等交叉点,田块拐角、桥头等。利用GPS直接采点(X、Y、Z值)。控制点要有一定的数量,并且要求分布比较均匀,在GCP的分布上,前边的几个GCP分布范围要广且不要靠近影像边缘,因为越靠近影像边缘误差越大。最好在不同位置和地面高程处都有GCP分布,特别是地形的
15、最高点和最低点。图像处理与影像制图流程示意图:初选控制点后还需进行控制点对匹配精度的检验(该功能由相应的软件模块实现),剔除那些匹配误差超限的像元(误差限额一般定为半个像元以内),必要时补充采集控制点,以保证控制点的数量与质量。2 )数字几何精校正依据控制点利用相应软件模块对数据进行几何校正,这一步骤包括利用地面控制点(GCPs)找出实际地形,利用DEM消除地形起伏引起的位移,然后对图像进行重采样。同时计算配准中控制点的误差。3) 数据融合对QuickBird数据进行融合。包括选取最佳波段,从多种分辨率融合方法中选取最佳方法进行全色波段和多光谱波段融合,以使得图像既有高的空间分辨率,又有丰富的
16、光谱信息,从而达到影像地图信息丰富、视觉效果好、质量高的目的。4) 图像镶嵌色调调整是决定遥感图像数字镶嵌质量的另一个重要环节。需镶嵌的相邻图像,由于成像日期、系统处理条件可能有差异,不仅存在几何畸变问题,而且还存在辐射水平差异导致同名地物在相邻图像上的亮度值不一致。如不进行色调调整就把这种图像镶嵌起来,即使几何配准的精度很高,重叠区复合得很好,但镶嵌后两边的影像色调差异明显,接缝线十分突出,既不美观,也影响对地物影像与专业信息的分析与识别,降低应用效果。图像色调调整的方法主要有方差均值法与直方图法。另外可供采取方法之一就是利用监测区内波谱特性比较稳定的某些地物如清洁水体、裸露土壤、沙滩或水泥
17、建筑物,通过数值分析得出这些地物在某一时相图像各波段的亮度值,并按成像时各波段检测器响应辐射量动态范围数据换算出辐射能量值,以此作为基准在分析得出其他时相图像各波段同类地物的辐射能量值,与基准值一一比较,可得出其他时相图像的辐射水准向基准图像归一化的曲线。依据此曲线的拟合方程,就能基本上消除照度差异的干扰。根据图幅分布情况,选出处于工作区中心部位的一幅图像作为镶嵌的基准像幅,然后对上下左右相邻图像进行几何配准,确定重叠区。单幅图像内部在经过第二步几何精纠正后都有相当高的几何保真度,但为了对这种不同轨道、不同成像日期仍存在一些随机误差的卫星图像进行几何配准,仍需要在重叠区内选取控制点,并注意控制
18、点的分布应比较均匀,如在丘陵山区,一定要把控制点选在高程近似的地方。控制点初选后,应进行优化,剔除那些几何坐标超限的点对,最好不超过0.5个象元。控制点位精度愈高,几何配准的精度就愈易保证。几何配准是否达标,可利用图像处理系统的合成显示功能进行快速直观检查,即把配准后的几幅图像进行重叠区的彩色合成显示,如果影像都很清晰,特别是线状地物完全合一,不出现重影或明显变粗,就表示配准合格可用。5) 地名注记标注与系列标准分幅影像地图入库根据相关图件以及实际调查,并根据甲方单位的具体要求,在影像地图上标注显著地物名称。根据已有的市界和区界图,为影像地图加上市界、区界和其它要素说明。按照1:10000,1
19、:5000,1:2000,1:1000地形图标准分幅将整块或分块镶嵌的数字影像图进行标准分割,形成系列化的标准分幅影像地图库。6)影像压缩。采用小波影像压缩技术对影像进行压缩(以下以Mrsid为例进行可行性说明)随着卫星遥感和航空摄影技术的发展,通过遥感获得的地理信息越来越多,特别是小卫星高分辨率遥感图像的商业化(如QuickBird,Ikonos),遥感影像成为地理信息系统(GIS)一个非常重要的信息源,这对海量数据的及时存储与传输提出了很高的要求。互联网技术的迅速发展导致了Web GIS的出现,这时则需要以较少的数据量来存放高质量的图像信息。这些技术趋势展示了数字灰度或彩色图像的潜力和更高
20、的需求。过去常用的数据压缩方法已逐渐无法满足大量高质量图像的存储和传输的要求,从而成为了GIS发展的技术障碍。近年来飞速发展的小波分析理论为这一问题的解决提供了契机。由多尺度分析、时频分析、金字塔算法等发展起来的小波分析理论已经成为了图像压缩、处理和分析最有用的工具。基于离散小波变换(DWT)的多分辨率无缝影像数据库MrSID(Multiresolution Seamless Image Database)是由美国LizardTech公司开发的新一代图像压缩、解压、存储和提取技术。它利用离散小波变换对图像进行压缩、拼接和镶嵌,通过局部转换,使图像内部任何一部分都具有一致的分辨率和非常好的图像质
21、量。MrSID使高质量的海量遥感影像的存储与传输成为了可能。由于离散小波变换和离散余弦变换本质上的区别,使MrSID具备了JPEG所无法比拟的明显优势,因而有着非常广阔的应用前景。在基于离散小波变换的压缩技术出现以前的其它图像压缩技术在地理栅格影像的应用中普遍存在着以下的问题:压缩数据量大的文件太慢并且需要大量的磁盘空间;在有损压缩中若采用高压缩比其压缩质量难以令人接受;不能有效地压缩超过50Mb的图像文件。基于以上原因,用一个单独的文件来压缩、存储、显示和定位一幅数千兆(G)字节的影像数据几乎是不可能的。这时就不得不把整幅图像进行分块,用各个单独的相对较小的文件来存储,这给图像的解压、显示和
22、定位带来了极大的不便。基于离散小波变换的MrSID技术是为制图/GIS、文档管理、医学、游戏以及基于互联网(Internet)的图像传播等领域所设计的。它所使用的新一代技术提供了:最高的压缩比和最好的图像质量;丰富的图像数据库提供了空前的数据整体性;即时得到压缩后的影像;更加方便易用。高压缩比及良好的图像质量 JPEG技术基于的是离散余弦变换(DCT)而MrSID技术基于的是离散小波变换(DWT),这两种方法的不同以及MrSID技术自身的改进使其在与JPEG技术的对比中有着明显的优势。离散余弦变换是从图像空间到频率空间的全局变换而离散小波变换是一种局部的变换。两种变换都需要图像边界外的像素作为
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