第一篇:基于多源高分辨率卫星影像的地理国情普查数字正射影像生产的探讨
基于多源高分辨率卫星影像的地理国情普查数字正射影像
生产的探讨
摘要:根据内蒙古自治区第一次全国地理国情普查多源遥感影像和已有基础地理信息数据,对正射影像生产方法进行了讨论,提出了针对不同情况处理高分辨率卫星影像的关键技术与流程,实际生产表明该技术应用于地理国情数字正射影像生产是高效可靠的,为高分辨率卫星影像大规模、高效生产DOM提供了可行、实用的参考。
关键词:高分辨率卫星影像;正射影像;国情普查;PixelGrid
1.引言
随着航天遥感技术和信息技术的飞速发展,高分辨率卫星影像以其获取方便、周期短、覆盖范围广、时效性高等特点应用越来越广泛,以World View-1/
2、QiuckBird为代表的高分辨率卫星影像作为第一次全国地理国情普查的主要数据源,为国情普查地表覆盖和重要地理国情要素采集提供底图,其精度、质量与效率直接影响后期的生产。
由于卫星遥感成像时受到自身结构因素(传感器成像方式、传感器外方位元素变化的影响)和各种环境因素(如地球曲率、地形起伏、地球旋转等)的影响,遥感影像必定存在一定的几何畸变[1],需采用正确方法消除各种因素的几何畸变影响,对于不同的卫星影像类型、纠正模型、控制点的选取,其获得的正射影像精度也各不相同,本文根据不同数据源与已有基础地理信息数据情况,提出高效、快速、高质量的生产数字正射影像的关键技术和流程。
2.数据分析
2.1 卫星影像情况
国家下发涉及本次测区的卫星数据共1513景,生产区域内同时存在多源影像数据,通过分析生产区域的卫星影像覆盖情况、质量、空间分辨率、光谱分辨率、现势性,其中1081景满足地理国情普查所需的数据,其中卫星数据源QUICKBIRD有151景,WorldView-1有196景,WorldView-2有719景,GeoEye-1有8景,IKONOS有7景。由?让晒抛灾吻?测绘地理信息局提供51景ZY-3卫星数据,时相为2012年8月到2013年5月,使用2景。
2.2 其他资料
控制资料为1∶1万基础测绘航测外业像控点以及部分测区外业补充测量的像控点,作为正射影像生产的主要控制资料来源,该成果具有一定的正确性和可靠性。部分测区覆盖基础测绘1∶1万DLG、DEM、DOM数据,1∶5万DEM覆盖全部任务作业区。
3.作业流程及关键技术
3.1 作业流程
正射影像生产所采用的处理软件为PixelGrid高分辨率卫星影像数据处理系统,根据数据源与已有资料情况,设计如下作业流程。
3.2 关键技术
3.2.1 外参数解算
由于卫星遥感影像成像机理复杂,再加上供应商(尤其是高精度的卫星影像供应商)为了商业利益,往往对传感器成像参数保密,RPC模型是SpaceImaging公司提供的一种广义的新型遥感卫星传感器成像模型,是一种能获得与严格成像模型近似一致精度的、形式简单的概括模型[2]。本项目通过RPC解算实现卫星影像的纠正。当进行影像纠正时,纠正精度与DEM、视场角、侧视角相关,并且三个因素与纠正精度成正比关系,即每个因素值的增大都会导致纠正精度降低。在这三个因素中,一般情况下,视场角的影响程度较小,可以忽略不计[3]。根据本次生产区域已有的1∶1万DLG、DOM、DEM、1∶5万DEM、控制资料情况,卫星影像外参数解算有以下几种情况:
(1)有1∶1万DLG、DOM、DEM数据的情况:
若卫星影像侧视角≥25度,使用单景纠正,每景影像至少需四个地面控制点来对影像进行定向。若卫星影像侧视角≤25度,使用已有1∶1万DOM、DEM数据作为地理参考,通过卫星影像与已有地理信息的自动配准,获取大量定向点并计算中误差,解算得到RPC模型参数,实现卫星影像的快速定向。生产过程中保证匹配中误差在限差范围内,DEM接边处过渡自然,正射影像精度完全符合规范要求。
抽取平地区域其中一景WorldView-2纠正影像与1∶1万DOM叠加,采用手工选点的方式选取12个检查点进行检查,控制点残差统计表如下所表1所示,符合平地平面中误差5m的限差。
(2)无1∶1万DOM、DEM数据的情况:
对于大区域影像的正射纠正而言,若基于单景正射纠正的模式进行逐景影像的处理存在以下问题:控制点的需求量是惊人的,单景影像正射纠正之后区域相邻影像的接边精度普遍较差,容易出现影像错位[4]。
由于测区卫星影像连续覆盖面积较大,并且相邻影像间的交会角较小呈弱交会状态,卫星影像区域正射纠正采用影像附带的RPC参数和区域网平差求解得到的影像定向参数,可对每景影像进行正射纠正,从而生成全区域的正射影像。本项目使用1∶1万像控点和1∶5万DEM作为区域网平差的数据,首先通过影像匹配生成连接点,对连接点与控制点进行编辑与增加,避免因数量与分布不够引起相邻影像接边精度与绝对精度。定向方法选择RPC参数+二维仿射变换,该方法是计算卫星影像的定向参数和连接点物方平面坐标的一种区域网平差,物方点的高程值从DEM通过内插获得。区域网平差的质量主要取决于连接点和控制点的精度[5],生产过程中控制点尽量分布在区域网周边,且均匀分布,相邻影像有足够多的连接点,加密区重叠区域分布控制点,以保证不同测区的接边精度。
选取一个包括QUICKBIRD、WorldView-
1、WorldView-2共46景影像弱交会测区,卫星影像及像控点分布图2所示,由于像控点年代已久,适当选择其中部分控制点参与区域网平差。
对正射纠正的三景相邻卫星影像进行接边精度检查,如图3所示。
3.2.2 多光谱影像配准
多光谱影像与全色波段影像的配准是以纠正好的全色波段影像为控制基础,选取同名点对多光谱影像进行配准纠正。纠正模型的选取以及DEM数据选择与对应的全色波段一致,控制点一般每景不少于15个,均匀分布整景范围内。多光谱与全色影像间的同名点量测要求精确到子像素精度。方法1:使用多光谱影像自动定向即将多光谱影像与相对应的全色影像自动匹配同名点,中误差一般都在0.2像素以内,这种方法自动化程度极高,不需要人工参与。方法2:选取与全色相同的影像进行区域网平差,连接点与控制点不需人工量测,只需将全色影像的像点坐标文件中的x坐标、y坐标进行运算,然后与全色方法相同做区域网平差,经检查多光谱影像与全色波段影像基本套合,该方法可为其他软件纠正通过刺点实现区域网平差方法提供参考。
3.2.3 正射纠正
经过平差解算后,系统自动批量完成测区内卫星全色波段影像和多光谱影像的正射纠正处理。分辨率大小按照规定输出,重采样类型选择双线性插值模式。纠正过程中不对影像的灰度和反差进行拉伸,不改变像素位数。纠正后的正射影像有效数据范围内没有漏洞区。
3.2.4 影像融合
为了使融合影像接近于原始多光谱影像,色彩自然,同时空间信息锐化明显,反差适中,选择pansharp融合算法对全色影像和多光谱影像整景正射影像进行融合,对由于云雪造成曝光过度的影像融合后会出现失真现象,融合前可以对影像进行拉伸。
3.2.5 影像格式转换、裁切、匀色、镶嵌、接边
在按测区大批量生产正射影像后经统筹规划、分步实施,准备下一步生产分幅正射影像图。首先将整景影像做降维处理,选取覆盖5万图幅中的卫星影像以空间分辨率、时间分辨率、辐射分辨率较高的原则,然后对影像进行裁切,为使影像不损失信息,使用Photoshop对裁切后的影像调色,使影像直方图尽量呈正态分布,纹理清晰,彩色影像色彩饱和、自然明快,黑白影像纹理清晰、反差适中,接边时以1万DOM和DEM为基准纠正影像压盖区域网平差纠正的影像,尽量绕开纠正效果不好的区域,拼图时沿线状地物或地物边界进行,尽量避免穿越建筑密集的区域,保证镶嵌处无地物错位,分幅影像之间灰度或色彩要均衡,自然过渡,通过充分利用资源、作业人员相互配合,在较短的时间内最终完成380幅1∶5万分幅正射影像图生产。
3.3 元数据制作
3.2.1 元数据制作
元数据按1∶5万图幅填写,一个图幅对应一个元数据文件,其中填写影像有效范围的四角坐标,通过arcgis生成二值图像再提取边界,编写程序自动完成元数据的制作与检查工作,实现极大的较少了人力,提高了自动化程度。
3.2.2 质量检查
正射影像生产实行全过程质量控制,按照作业员自查、生产部门实行过程检查、院质检科实行最终检查的分级质量控制程序,并按规定做好检查记录,规范各工序成果的标准性和统一性。以下工序应是检查重点:检查卫星影像原始数据的现势性、质量情况及覆盖情况,原始影像应清晰、无大面积噪声、条纹、云和积雪等。检查航空影像空三平差报告中的连接点和控制点的中误差、最大误差、误差分布等是否满足规定要求,应加强对定向报告中??差较大点的检查。检查影像的质量、几何精度、分幅正射影像数据之间的接边和分景纠正数据之间的接边情况。检查元数据的内容、完整性、正确性、数据格式、数据结构等是否严格按照规定的要求。
4.结束语
本项目利用已有1万DEM和DOM数据,基于多基线、多特征的自动匹配,使高分辨率卫星影像与已有正射影像数据自动配准,实现高分辨率卫星影像自动高效更新。对于历史的1万像控点资料区域和弱交会卫星影像,采用基于RPC模型的解算方法,实现对稀少控制点区域的区域网平差。解决了控制点采集效率低,人工选点困难大等问题,大大减少了外业控制点的测量工作。经过批量配准、纠正、融合后生产出整景成果,在满足精度要求的基础上,提高了生产效率;由人工匀色、镶嵌,保证了影像色彩信息的完整性。
参考文献:
[1] 孙家?m.遥感原理与应用[M]武汉:武汉大学出版社,2005.[2] 无需初值的RPC模型参数求解算法研究.[J]国土资源遥感,2005(4):7―10.[3] 卫星侧视角对纠正精度影响的定量分析[J].北京测绘,2010(4):20―22.[4] 卫星遥感影像的区域正射纠正[J].武汉大学学报信息科学版,2014(7):838―841.[5] 张祖勋,张剑清.数字摄影测量学[M].武汉:武汉测绘科技大学出版,1996.[6] GD―PJ05―2013.地理国情普查数字正射影像生产技术规定[S].
第二篇:浅谈地理国情普查之遥感影像解译样本的制作方法
浅谈地理国情普查之遥感影像解译样本的制作方法
[摘要]遥感解译样本是利用具有对照关系的照片和遥感影像来共同反应同一地物在实际和影像上的不同表达形式,从而提高内业解译人员的正确认识。而本文主要介绍外业采集、内业整理时的具体操作方法和注意事项。
[关键词]地理国情解译样本遥感影像实例
中图分类号:D670 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)11-0365-02
引言
遥感影像解译时,对地理环境的正确认知是保证解译结果正确的前提,而利用具有对照关系的照片和遥感影像为主的解译样本数据可以为内业解译人员建立对相关地域的正确认识提供支持,在解译结果的质量控制当中重要作用,同时也为后期长期监测积累实地参考资料。
1.遥感影像解译样本数据内容与属性
遥感解译样本数据包含两类,一是地面照片,二是要干影像实例数据。两类数据分别从不同的侧面反映地物影像形态特征,起到相互印证的作用,可以帮助解译人员更高效地认知遥感影像所蕴含的信息。两者之间根据位置和反映的内容具有明确的对应关系。对应关系有以下几种情况,都是合理的:
1)一对一关系:一张地面照片只对应一幅遥感影像实例。
2)一对多关系:一张地面照片对应多张不同类型或时相的遥感影像实例。
3)多对一关系:多张地面照片对应一幅遥感影像。
4)多对多关系:多张地面照片对应多幅遥感影像实例。
注:为便于操作起见,我们建议采用一对一关系。
2.1 地面照片的属性
除拍摄能够比较全面清晰反映一定范围内地物特征的地面照片,为了建立地面照片和遥感影像实例的对应关系,并有利于后期深入利用,每一张地面照片需要记录拍摄时的相机姿态参数、拍摄距离,以及由相机在照片中自动记录的拍摄时的35mm等效焦距、拍摄时间、拍摄者等信息。此外,需说明照片主体内容所属的地理国情信息类型,并尽可能对地面照片反映的内容提供文字说明。姿态参数中包含经纬度、高程、方位角、横滚角、俯仰角,此外,还需要尽可能记录影响获得这些姿态参数精度水平的属性,包括定位方法、采用卫星定位时观测到的卫星数量、平面定位精度,方位角的测量精度范围等.2.2 遥感影像实例的属性
要正确识读遥感影像实例所包含的的地物信息,需要更多的属性信息支持。因此,遥感影像实例还包含数据源类型、分辨率、波段数、拍摄时间等属性。另外,为了后期查询?z索方便,需要记录遥感影像实例四个角点的经纬度坐标。
2.外业采集
1)采集的地面照片需充分保证样本的典型性,地面照片反映的地表季相或覆盖状态应尽可能与遥感影像的时相接近,外业核查时,内业有疑问的图斑,以及外业发现分类错误的图斑,原则上都需要采集对应类型的解译样本数据,地面照片的拍摄,可先设计好路线,并大致确定拍摄位置,在外业调查中有目的性的拍摄
2)以影像数据源类型、时相比较一致(属于同一个季节)且连片、地理环境差异不大的区域作为范围,如果区域范围超过1000平方千米,每种覆盖类型(最细一级类)采样点数量一般平均不少于15个;若区域范围小于1000平方千米,每种覆盖类型采样点数量一般平均不少于10个,样点的分布应尽可能与图斑的分布相一致;难以到达的特殊困难地区,每种覆盖类型采样点数量一般平均不少于 3个;对于图斑数很少(100个以下)且图斑总面积很小的覆盖类型,若具有典型性,也必须至少采集1个样点
3)拍摄时应尽可能水平持握相机,使其保持正常姿态,避免照片信息失真误导使用者,应尽可能拍摄离相机 200米范围以内的景物
4)样本点采集应尽可能均匀分布整个范围
5)样本点采集符号红色拍照按钮,出现如图1的对话框
6)系统自动定位到你所在位置然后拍照选择对应CC码,如图2
3.内业整理
1)照片整理
首先需要整理所拍摄的照片,删除那些类似光线不好、角度不对、拍摄主体不明确的照片,同时也要删除文件夹shps里point层对应的点和样本点.mdb里对应的记录,因为它们三者都是一一对应的。接着根据照片ID号去对应其CC码是否一致;然后在PHOTO表里的拍摄时间字段里按照标准格式填上时间,例如2014-09-16T10:25:30;最后在拍摄者字段里写上自己的名字。
2)实例整理
因为裁切实例的影像投影是,所以首先我们要把shps里的point点层转换成相应的投影,接着选中拍摄点再根据插件裁切影像。由于拍摄点和拍摄主体之间存在一定的距离,所以影像实例存在两种情况。一般情况下裁切的实例大小为511*511像素,而当拍摄距离过大时会自动裁切成1023*1023像素。裁切数据会自动存放在SMPING文件夹里,每一个拍摄点对应三个实例文件。例如。而裁切结果会在SMPING表格里体现,与之前的PHOTO表格互相对应。其中影像类型字段、影像拍摄时间字段、影像波段数字段需要根据主要影像源填写,例如我们所采用的是WV2影像类型,影像时间为2013-07-24T00:00:00,波段数为3。
3)照片与实例对应关系
照片所反应的事物应该与实例所反应的影像要一致,而且其方位角也要大致相同,如图3,图4。
4.遥感影像解译样本数据库结构
遥感影像解译样本数据库由记录地面照片属性及文件名的 PHOTO 数据表、记录遥感影像实例属性信息及文件名的 SMPIMG 数据表、以及反映地面照片和遥感影像实例对应关系的关系表 PHOTO_IMG 三个表格构成。
5.1 数据表 PHOTO
PHOTO 数据表包含地面照片的 18 个属性和文件名共 19 个,如表1。
5.2 数据表 SMPIMG
SMPIMG 数据表包含遥感影像实例的 13 个属性和文件名共 14 个字段,如表2。
5.3 关系表 PHOTO_IMG
关系表 PHOTO_IMG 定义数据表 PHOTO 和 SMPIMG 之间的多对多关系,并记录这种关系建立的一些信息,如表3。
5.数据表之间的关系
PHOTO表、SMPIMG表、PHOTO_IMG表三者关系如图5。
6.结语
随着第一次地理国情普查的不断深入,遥感解译样本也在发挥着越来越大的作用。它可以更加直观的反应我国地表覆盖的分类样貌,也可以很好的反应每个地区、每个省份的地表分类情况,有助于国家更好的了解实际情况。总之,遥感解译样本在地理国情普查项目扮演着一个重要的角色。
参考文献
[1] GDPJ 01-2013.地理国情普查内容与指标.2013.8.[2] GDPJ06-2013.遥感影像解译样本数据技术规定2013.8.[3] GDPJ05-2013.《地理国情数字正射影像生产技术规定》2013.8.
第三篇:地理国情普查中遥感影像DOM的制作
地理国情普查中遥感影像DOM的制作
[摘要]本文从实际角度出发,以WorldView-2影像数据为例,介绍了利用ERDAS IMAGINE软件对WorldView-2遥感影像进行正射校正的方法,再综合利用EPT等软件,生产标准DOM影像的制作流程和方法。
[关键词]WorldView-2 正射校正 影像融合 地理国情
[中图分类号] P2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2015)-5-162-1
1引言
地理国情普查是一项重大的国情国力调查,是全面获取地理国情信息、掌握地表自然、生态以及人类活动基本情况的重要手段和基础性工作。DOM数据是地理国情普查中主要的调查数据源,同时也是普查成果数据的重要组成部分。目前,辽宁省正在开展地理国情普查工作,面对大量的遥感数据,对其进行快速高效的影像数据预处理是普查工作的当务之急。本文以WorldView-2影像数据为例,详细阐述了遥感正射影像的制作流程。WorldView-2卫星遥感影像简介
WorldView-2卫星能够提供0.5米全色图像和1.8米分辨率的多光谱图像。星载多光谱遥感器具有4个业内标准谱段(红、绿、蓝、近红外)和四个额外谱段(海岸、黄、红边和近红外)。WorldView-2卫星图像的周转时间(从下达成像指令到接收到图像所需的时间)仅为几个小时而不是几天。
3地理国情普查对遥感软件的选择
针对地理普查情况,合适的遥感软件非常重要,主要要求有如下几点:
(1)同时支持通用图像格式、遥感软件格式、卫星数据格式等多种栅格文件,以及通用的矢量格式,使各种文件格式能方便的进行交换。
(2)具备遥感图像处理的一些基本功能。如:波段组合、大气校正、地形校正、坏线处理、噪声消除、头文件编辑等。
(3)不仅需具备基于航摄高度、焦距等相机参数和利用DEM的正射纠正功能;还应具备专门针对SPOT-
5、WorldView-2或Quick Bird等卫星的RPC有理多项式系数严格轨道物理模型的正射纠正功能。
(4)具备很好的数据融合功能。
(5)具有栅格数据与矢量数据叠加套和功能,能方便的进行人机交互解译。
基于以上要求,经过综合考虑我单位选择了ERDAS IMAGINE软件和航天远景的EPT软件进行遥感正射影像图的生产。
4遥感正射影像图的处理制作
4.1本文使用的是Worldview-2数据,图1为ERDAS软件对Worldview-2数据的处理流程。
4.2利用LPS Core正射校正WorldView-2全色影像
(1)创建LPS工程文件,在这过程中,设置各项参数。并进行金字塔层计算。
(2)由于影像重叠区较小,且Worldview-2卫星定位已较精确,处理中使用连接点无太大意义,故不生成连接点,仅使用控制点完成校正。控制点的选取,分别在参考影像和待纠正影像上选取同名地物点刺点,若是控制点来源是控制点文件,可以首先导入控制点文件,然后点击图标中的自动预测图标,会根据控制点坐标自动计算影像点坐标,自动在影像上刺点。大大提高效率,节省时间。
(3)控制点数量不需太多,一般一景影像十几个控制点即可,主要要求为均匀分布。加完控制点后即可进行空三计算,显示的RMS值小于1可以接收此空三加密成果。至此完成了WorldView-2全色波段影像的正射校正。
4.3多光谱影像正射校正
利用AutoSync模块,以校正好的Worldview-2全色影像为参考,校正Worldview-2多光谱影像。由于地理国情监测的数据量比较大,并且Worldview-2的全色数据已经用LPS正射校正了,所以可以利用IMAGINE AutoSync Georeferencing Wizard进行批处理,提高效率。
4.4图像融合
本项目采用多种融合方法对Worldview-2影像进行了数据融合、自动解译试验。从主观定性和客观定量两个方面来分析,评价了Ehlers变换、Brovey融合、Wavelet融合、PanSharpen变换、Gram-Schimdt变换等融合结果,综合分析后得出:PanSharpen变换融合方法综合效果优于其他方法,融合的图像信息量更加丰富,且光谱特征保留较好。而且通过解译结果对比分析PanSharpen融合影像具有更好的影像解译效果。这对地理国情普查中遥感影像解译、分类精度的提高具有重要作用。
4.5图像的镶嵌及标准分幅
EPT根据影像的*.tfw等坐标信息能自动生成镶嵌线,所见即所得的功能,可以直接看到图幅成果,并且能灵活高效的编辑镶嵌线。
EPT改变了以往一定要先拼接再裁切的成图模式,而是直接针对单个图幅生成,镶嵌过程中直接生成所需的标准图幅。不再需要占用大量的空间来进行影像的处理,在DOM的生产过程中能更为高效、合理地分配磁盘空间。
5结论
本文联系实际项目,详细介绍了基于WorldView-2影像数据,采用Eradas等软件制作正射影像图的流程和方法,利用此方法可以快速、高效的获得大面积高分辨率正射影像图。这对地理国情普查项目中大量的遥感影像处理具有重要作用。
第四篇:地理国情普查锡林浩特修改通知书2014XGTZ-010-数据采集
黑龙江第二测绘工程院质量检查科
控制编号:2014XGTZ-010
地理国情普查 锡林浩特市修改通知单
编写者:韩凉 黑龙江第二测绘工程院质量检查科
控制编号:2014XGTZ-010 37.HYDA采集为时令河,结构线类型却填写干涸河不合理; 38.河流结构线存在伪结;
39.道路名称、技术等级来源无依据; 40.Y307技术等级错误;
41.Z007铺设材料与外业核查不一致,外业核实为沥混,数据库中填写为泥混,需统改; 42.Z004铺设材料填写与资料不一致,且无外业核查;
43.Z006铺设材料与资料不一致,且无外业核查数据;
44.Z014道路RNP填写错误,应为Z013;统改;
45.Z014道路RNP填写错误,且铺设材料填写和外业核查数据不一致,需统改;
46.Z014道路铺设材料与外业核查数据不一致,需统改;
47.RN项应为Z013不是Z13,且名称中漏填写公路二字;
48.S307道路技术等级填写与五万数据不一致,且无依据;国省道属性一定要核实填写正确;
49.Y023道路名称错误,漏个“线”字,需统改;
50.交通资料中铺面材料为8的不能给农村硬化道路,需核实; 51.农村硬化道路采集无依据,且无外业核查数据;
52.HYDL层单线的宽度值尽量填写平均宽度。一般同一条河流宽度变化小于10米的应取平均值,不应打断表示。请统改;
53.本测区内的行政村与五万资料不符,请核实。
二、地表覆盖
本次上交的地表覆盖数据成果未完成。
三、元数据
1.MPID层pSrcImgType的值QB0C,不是QBOC;统改
2.MFSV层核查路线有一条开始时间7月8日,结束时间7月28明显不合理;况且超过5 天的应该断开表示;
3.MPID层存在面重叠; 4.MSID层存在面重叠; 5.MIDC_A层没有填写;
6.MFSV层存在极短线,需缩放到1:2.5才能看到,不合理; 7.MDOP层存在同属性未合并面;
8.MRDR_B1层资料填写缺少中国铁路地图集; 9.MRDR_B2层资料填写缺少中国公路地图集;
10.MRDU_E2层用了三种资料,来源却只填写了两种; 11.MRDU_E3层数据来源之间分开应该用”/”而不是”、”,对于以上问题作业队应认真分析产生此类问题的原因,及时调整改正。对于共性问题要全测区进行详细整改。
国家测绘地理信息局第三地形测量队质量检查科
二〇一四年八月一日
编写者:韩凉