1_1万DEM的生成及SPOT_5卫星数据正射校正

收稿日期: 2004-05-21;修订日期: 2004-08-06 作者简介:张婷( 1967- ) ,工程师,主要从事“图件更新”项目建设工作。 1∶1万DEM的生成及SPOT-5卫星数据正射校正 张　婷,刘　军,骆慧琴 (甘肃省国土资源规划研究院,甘肃 兰州　730000) 摘要:丘陵、山区利用地面高程模型( DEM)进行正射校正是消除或限制投影误差的重要方法。通过 对丘陵、山区1∶1万地形图中的等高线、高程点、特征线等地形要素进行数字化处理及不同坐标系 的转换等,制作生成符合规范要求的高精度的1∶1万DEM。对SPOT -5卫星影像数据进行了配准、 融合及几何校正,辅助利用1∶1万DEM 制作完成符合精度要求的正射影像图。1∶1万DEM 及正 射影像图的制作完成对全省类似地区的图件更新及地理信息系统建设具有重要的参考价值。 关　键　词: DEM ;正射校正 中图分类号: TP 75　　文献标识码: A　　文章编号: 1004-0323( 2004) 05-0420-04 1　引　言 土地是人类赖以生存和发展的物质基础,在知 识经济的信息时代,在高科技发展的今天, 高分辨率 卫星的出现使得快速更新大比例尺土地利用基础图 件成为可能。近几年高分辨率遥感卫星以其独特的 优越性(信息准确、现势性强、制图周期短、信息来源 不受国境线以及环境、地面条件等的制约, 尤其对于 气候恶劣、人烟稀少、难以通行的沼泽地、高山区和 由于政治原因不能到达的地区, 更显示其优越性)为 水资源调查、土地资源调查、植被资源调查、地质调 查、城市遥感调查、测绘、海洋资源调查、考古调查、 环境监测和规划管理等行业提供了快速、可靠的数 据源。由于SPOT -5卫星相对于其它高分辨率卫星 如 Ikonos 和Q uickbird而言在性价比上有较明显的 优势,而且国内外大量的应用实例 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 ,其空间分辨 率完全能够满足1∶1万土地利用数据库基础图件 更新的需要。甘肃省国土资源规划研究院根据中国 勘测规划院的安排,承担了《武威市、敦煌市1∶1万 土地利用基础图件更新》项目。该项目已基本完成, 现就项目实施过程中有关1∶1万DEM 及DOM 制 作的技术路线及技术方法予以论述。 2　数据及工作平台 1∶1万DEM 的生成及SPOT -5正射卫星影像 图的制作涉及的 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 主要有 1∶1 万地形图及 SPOT -5卫星影像数据。 本项目主要涉及平原区、丘陵区和少量的山区, 根据《基础地理信息系统数字产品 1∶10 000、1: 50 000 数字高程模型》、《基础地理信息系统数字产品 1∶10 000、1: 50 000数字正射影像图》的要求,我们 在省测绘局购买了工作区范围内的最新地形图(由 薄膜黑图扫描而成的光栅文件, 格式为 TIF)、在北 京视宝公司购买了工作区范围内的2003年 5～6月 的 SPOT-5 卫星数据, 产品为 1A 级的同时相的 2. 5 m全色分辩率和10 m 多光谱数据。 工作中所用到的软件有: M apgis、Geo tin、 Ar cinfo、Pci及Photoshop等。 3　1∶1万DEM 的制作 平原区地形平坦,地形微弱的起伏对影像的变 形影响不大, 只需进行几何纠正(本项目采用野外 GPS 采点)。而丘陵区和山区地形起伏较大, 对图像 几何形态与变形误差的处理, 需赋以高程数据,这样 可以纠正或限制其投影误差, 提高其纠正精度。 DEM 是地形表面形态属性信息的数字表达, 是带有空间位置特征及高程属性特征的数字描述。 本项目采用从地形图上获取信息,所以地形图的质 量,特别是精度方面的指标尤为重要。等高线精度的 一个主要方面是等高线间距。本项目使用的是1∶1 第19卷　第5期 2004 年10 月 遥　感　技　术　与　应　用 REM OT E SENS ING T ECHNOLOGY AND APPLICATION 　　　　 V ol. 19　N o. 5 Oct. 2004 万地形图, 89%图幅等高线间距为5 m , 7%图幅间 距为2. 5 m,其余为10 m ,满足精度要求。 3. 1　数学基础 大地基准: 1954北京坐标系。 投影方式:高斯- 克吕格投影。 分带方式: 3度分带。 高程基准: 1956黄海高程基准。 3. 2　原始地形图的检查及扫描精度 对于原始地形图, 不论是纸介质地形图还是薄 膜图,都应先对其表面进行检查,看其是否平整和完 好无损,点、线符号是否清晰,线条是否浓黑实在,特 别是图廓点及方里网是否完整、清晰,表面是否被涂 画,检查与相邻图幅的接边情况,并 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 每幅图的坐 标系情况等。 3. 3　等高线、高程点及特征线的矢量化 矢量化跟踪是DEM 生产的基础, 它的质量直 接影响DEM 后期生产的质量及精度。 利用mapgis 软件对地形图进行矢量化,在矢量 化过程中,一定要确保各点、线要素位置准确、无遗 漏、赋值正确,矢量化后的等高线应连续, 保证同一 根曲线不会被赋成多个值,等高线不应有打折、重 叠、自相交等情况出现,对于原图上等高线不连续的 地方,应根据实际情况进行处理,能够连接的地方要 尽可能连上; 对图上的湖泊、水库边界应根据相邻等 高线或高程注记估计其水涯线的高程,对于原图中 点线矛盾的的高程点、三角点应舍弃。完成矢量化并 赋值后,对其赋值是否正确进行检查并修收。 3. 4　误差校正及投影转换 利用图廓点及所有的方里网交点对矢量化后的 点、线文件进行误差校正。对经过误差校正后的同一 坐标系的相邻图幅的线文件进行接边处理(位置及 属性、一般用线结点平差)。由于原土地利用数据库 为54坐标系, 而新购置的地形图有 54和80两种坐 标系,如果相邻图幅属于不同坐标系,还应从测绘局 购买3个三角点的大地坐标, 然后计算�x、�y、� z、 W x、W y、W z、dm 7参数,根据参数对校正好的数据进 行坐标系的转换,转换后的结果将会出现两种情况: 原来坐标系不相同的相邻图幅中间出现条带状空白 区或者是重叠, 如果是重叠,将其用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 图框裁剪即 可; 如果是空白区,还应手工将其进行连接,对于不 同带的图幅进行换带操作, 最终将所有的图幅都统 一到相同投影带的54坐标系下。 3. 5　DEM的制作 利用 Geot in 软件, 进行点、线自相矛盾的检查 并处理,进行三角形联网、增加特征点以消除平高三 角形。为了保证图幅边缘DEM 的精度, T IN 的范围 应大于图廓范围,根据规范要求应向外扩展(图上约 10 mm) , 因此每幅图 DEM 的生成需调用周边 9幅 图的数据,对于等高线特别稀的地方,向外扩至邻图 幅有等高线的地方,否则会影响到DEM 的精度, 进 而影响到后续工作的质量。 3. 6　DEM的接边及裁剪 进行 DEM 的自动接边及裁剪并生成最终 DEM (见下图1)。DEM的数据范围为以内图廓线 图 1　9 幅标准分幅DEM 拼接 的外接矩形为界。 3. 7　DEM精度 采用DEM 内插等高线与原等高线套合检查和 影像、地形图与等高线叠加后目视检查两种方法, 套 合情况很好。( DEM 内插等高线与原等高线套合结 果见下图2)。 421第5期　　　　　　　　　张 婷等: 1∶1万DEM 的生成及SPOT -5卫星数据正射校正　　　　　　　　 图2　J-48-100-01 图幅DEM 内插等高线与原等高线套合 4　1∶1万正射影像图的制作 正射影像图的制作包括数据的检查、配准、融 合、控制点的选取、正射纠正、镶嵌等。 4. 1　原始卫星数据的检查 根据工作需要,确定购买卫星数据的时相、产品 的级别,然后检查影像的整体质量,集中的云层覆盖 面积应少于5%,且不能覆盖重要地物, 分散的云层 其总和不应超过15%; 相邻景之间应有重叠区; 影像 层次丰富、图像清晰、色调均匀、反差适中。此外还应 检查数据是否存在条带、噪声、行丢失等。 4. 2　影像的配准 对影像进行配准时,每景选取同名地物点 7个 点以上,均匀分布于整景,采取二次多项式进行几何 纠正(多项式的阶数采用过高并非有利,一是阶数越 高,数学公式越复杂,图像容易扭曲,二是由于极为 复杂的影像变形并不一定能用多项式来描述,所以 在大多数情况下, 采用二次多项式就能够满足要 求) ,配准误差满足精度要求。 4. 3　影像的融合 利用IHS 变换将多光谱数据与全色数据进行融 合,得到高分辩率的多光谱数据。 4. 4　正射纠正 为提高DOM 的精度,此次控制点的采集我们 选用野外GPS 采点, 由于涉及景较多,作业中采取 GPS 联测的方法, 每景数据控制点采集 16个点左 右,以便 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 后进行取舍。利用配套软件进行GPS 控制点坐标的平差分析, 分析结果表明控制点精度 满足要求。然后利用pci软件的orthengine正射校正 模块, 采用共线方程纠正法进行正射纠正, 生成 DEM 覆盖范围下的DOM。 4. 5　影像的镶嵌 SPOT -5卫星数据量大,进行整景镶嵌不可取, 所以应选择分幅镶嵌。镶嵌后的影像应保证色调均 匀、反差适中,重叠部分不应有明显的模糊或重影。 4. 6　DOM的精度 规范中平地、丘陵地的相对误差为0. 5个像素, 山地、高山地可适当放宽至 1～1. 5个像素, 而此次 的rx 和r y 均小于1个像素(精度见下图3) ,满足精度 要求。 5　结　语 通过制作1∶1万DEM 及DOM ,有以下几点体 会: ( 1) DEM 的精度包括许多方面, 但最主要的还 是原始数据的精度、等高线的等高距及数字化的精 确程度; ( 2) 在进行DEM 接边时, 如果等高线过稀, 应 将其扩展至能够接到相邻图幅的等高线为止; ( 3) 在进行野外GPS 采点时,如果整景大部分 面积都属于戈壁或沙漠区,采点就存在很大的难度, 如果我们在卫星经过工作区前事先人为的在地面制 造一些明显地物点, 这样对我们的工作将很有利。 422　　　　　　　　　　　　　　　遥　感　技　术　与　应　用　　　　　　　　　　　　　　第19卷 图3　256～275 景的精度 　　( 4) 在进行正射校正时,如果将整景所涉及的 DEM 进行拼接, 将会大大增加工作的难度, 单幅纠 正会提高工作效率。 参考文献: 〔1〕　李庆林,朱庆. 数字高程模型〔M〕. 武汉:武汉测绘科技大学出 版社, 2000. 〔2〕　张永生编著 . 遥感图象信息系统〔M〕. 北京:科学出版社, 〔3〕　基础地理信息系统数字产品 1∶10 000、1∶50 000数字高程模 型〔Z〕. 国家测绘局发布 . 〔4〕　基础地理信息系统数字产品 1∶10 000、1∶50 000数字正射影 像图〔Z〕. 国家测会局发布 . 〔5〕　韩涛. 在1∶25万电子地图辅助下的T M 影像精校正研究〔J〕. 遥感技术与应用, 2003, 18( 1) : 6～9. The Facture of 1∶10000 DEM and Orthorectif ication of SPORT-5 Satellite Data ZHANG T ing, L IU Jun, LUO Hui-qin ( A cademy of land resources p lanning of Gansu, L anz hou 730000, China) Abstract: Orthorect if icat ion using DEM is an important method for banishing o r limit ing project ion error at hil l and mountain area. T his paper produces 1∶10 000 high precision and meet ing cr iterion DEM through dig it izing terrain features of 1∶10 000 topographic map such as contour line, spot elevat ion, typical line, and conversing dif ferent coordinate sy stems. This paper also includes reg ist rat ion, fusion and geometric co rrect ion for SPOT -5 image data. Based on these, produces orthograph meet ing precision using 1∶10 000 DEM . The f inish of 1∶10 000 DEM and or thog raph have important reference value for updat ing map and building geog raphic informat ion system of sim ilar lo cal o f GA NSU . Key words : Digital elevat ion model ( DEM) , Orthorect ificat ion 423第5期　　　　　　　　　张 婷等: 1∶1万DEM 的生成及SPOT -5卫星数据正射校正