Corrección de imágenes por teledetección y exploración de fuentes de errores: tomando la ciudad de Jixi como ejemplo
(Instituto de Planificación y Estudio de Recursos y Tierras Provinciales de Heilongjiang, Harbin, 150056)
La precisión de las coordenadas de las imágenes satelitales es crucial para actualizar la base de datos de uso de la tierra. Con base en las fuentes de datos de teledetección de la ciudad de Jixi, se utilizó ERDAS IMAGINE para realizar corrección de errores y análisis de las imágenes de teledetección de la ciudad de Jixi, y se exploraron las causas de los errores internos y externos en las imágenes de teledetección por satélite.
Palabras clave: imágenes satelitales; error; ortografía; demócrata (igual que demócrata)
1 Estado actual y perspectivas de aplicación de la tecnología de detección remota por satélite de alta resolución.
Las imágenes satelitales de alta resolución generalmente se refieren a imágenes de teledetección con una resolución espacial de píxeles dentro de los 10 m. El desarrollo y la aplicación iniciales de sensores de alta resolución se realizaron principalmente en el campo militar, con el objetivo de realizar mapas y análisis de teledetección a gran escala. de objetos terrestres y monitorear las actividades humanas. Después de la década de 1990, ingresó gradualmente a los campos comercial y civil y se desarrolló rápidamente.
China ha desarrollado y lanzado seis satélites meteorológicos, incluidos satélites de órbita solar y geosincrónica. 1999 10 Se lanzó con éxito el primer satélite de recursos terrestres China-Brasil de mi país, cuyo principal objetivo de observación eran los recursos terrestres y el medio ambiente, poniendo fin a la historia de mi país de no contar con satélites de transmisión de recursos de alta resolución espacial. Al mismo tiempo, China también ha establecido una serie de instituciones de aplicación de la teledetección a nivel nacional para llevar a cabo ampliamente servicios de teledetección, como pronósticos meteorológicos, estudios territoriales, estimaciones del rendimiento de los cultivos, estudios forestales, prospecciones geológicas, pronósticos oceánicos, protección ambiental, seguimiento de desastres, planificación urbana, levantamiento cartográfico y cartografía.
La aparición de imágenes de teledetección por satélite de alta resolución permite observar cambios detallados en la superficie de la Tierra a pequeña escala espacial, realizar mapas de teledetección a gran escala y monitorear el impacto de las actividades humanas en el medio ambiente Tiene amplias perspectivas de aplicación. Los datos de imágenes de alta resolución espacial están estrechamente integrados con los sistemas de información geográfica y se ha demostrado que tienen un enorme potencial de aplicación en la evaluación del entorno ecológico urbano, la actualización de mapas topográficos, los estudios catastrales, la agricultura de precisión, etc.
2 Proceso de procesamiento de imágenes de teledetección
Las imágenes de teledetección generalmente pasan por los siguientes pasos desde la recepción hasta la aplicación final (Figura 1):
3 Imagen de la ciudad de Jixi Fuente de datos y causas de la deformación de la imagen de detección remota
3.1 Fuente de datos de imagen de Jixi
La fuente de datos de imagen de la ciudad de Jixi son datos satelitales SOPT-5, datos de nivel A1 y * * * dos escenas.
Figura 1 Flujo de procesamiento de imágenes de teledetección
Número de pista: 305-258; 307-258
Tiempo de toma de imágenes: 22/11/2005; / 12
Ángulo de incidencia: r 11,52; R18,28
El Centro Francés de Investigaciones Espaciales (CNES) desarrolló el sistema de satélites de observación de la Tierra SPOT con la participación de Bélgica y Suecia. La resolución de SPOT-5 es de 2,5 my el método de obtención de imágenes es la obtención de imágenes con barrido de barrido de matriz CCD. Consulte la Tabla 1 para conocer parámetros específicos.
Tabla 1 Parámetros del satélite SPOT-5
Los productos de imagen SPOT* * * se dividen en 5 niveles:
Nivel 1A: La imagen sólo sufre corrección de radiación, no Realizar correcciones geométricas.
Nivel 1B: Se han realizado algunas correcciones geométricas sobre la base del Nivel 1A para corregir las deformaciones causadas por la deformación panorámica, la rotación de la Tierra, la curvatura y los cambios de altura orbital.
Nivel 2A: Añadida proyección de mapa estándar.
Nivel 2B: Corrección geográfica, añadiendo puntos de control geodésicos y corrección de altura media.
Nivelación ortográfica: Corrección geográfica completa, procesamiento digital de modelos de elevación, eliminando errores de proyección provocados por el relieve del terreno.
3.2 Análisis de las causas de la deformación de las imágenes de teledetección y las fuentes de error
La deformación general de las imágenes de teledetección es el resultado de la traslación, el escalado, la rotación, la deflexión, la flexión y otras deformaciones. Después de que el departamento receptor recibe los datos de teledetección, primero realiza un procesamiento de corrección basado en varios parámetros de la plataforma de teledetección, la Tierra misma y el sensor. Las imágenes proporcionadas tienen diferentes niveles según los diferentes niveles de preprocesamiento.
3.2.1 El impacto de los cambios en la posición y el estado de movimiento de la plataforma de detección remota
Ya sea una aeronave o un satélite, la actitud de vuelo cambiará debido a varias razones Durante el movimiento, lo que resulta en imágenes deformación.
(1) Guiñada significa que la plataforma de detección remota se desvía en un ángulo pequeño con respecto al rumbo original durante el proceso de avance, lo que provoca cambios en la dirección de la línea de escaneo y distorsión de la inclinación de la imagen, como se muestra en la Figura 2(a).
(2) La órbita elíptica del satélite de velocidad conduce a una velocidad desigual del satélite. Cuando la velocidad es rápida, la cinta de escaneo avanza; cuando la velocidad es lenta, la cinta de escaneo se retrasa. Esto puede hacer que la posición de la imagen se mueva en la dirección de avance del satélite (la dirección de arriba a abajo de la imagen), como se muestra en la Figura 2(b).
(3) La altitud se ve afectada por factores mecánicos durante el movimiento de la plataforma, lo que hace que se desvíe de la altitud estándar original, o que la órbita del satélite en sí sea elíptica. La altitud de vuelo siempre cambia, pero el campo de visión de escaneo del sensor permanece sin cambios, lo que hace que cambie la longitud del suelo correspondiente a la línea de escaneo de la imagen. Cuanto mayor sea la desviación de altitud, más ancho será el terreno correspondiente a la imagen, como se muestra en la Figura 2 (c).
(4) Los cambios de elevación de la plataforma de teledetección de elevación pueden provocar cambios en la dirección hacia arriba y hacia abajo de la imagen, es decir, los puntos debajo del satélite se mueven hacia atrás al descender y avanzan al ascender, provocando diferencias de posición entre líneas. Desalineación, como se muestra en la Figura 2 (d).
(5) El giro de actitud de la plataforma rodante de detección remota se refiere a girar un ángulo con la dirección de avance como eje, lo que puede hacer que el punto subsatélite se desplace en la dirección de la línea de exploración. de modo que toda la imagen esté alineada en la dirección de la línea. El ángulo de giro provoca el movimiento en la dirección de desplazamiento, como se muestra en la Figura 2 (e).
Figura 2 El impacto de los cambios en la posición y el estado de movimiento de la plataforma de detección remota en la imagen.
3.2.2 Impacto de las ondulaciones del terreno
Cuando el terreno ondula, los puntos de imagen locales se desplazarán, de modo que los puntos de imagen que deberían haber sido puntos de tierra son reemplazados por puntos de imagen en puntos altos en el mismo lugar.
3.2.3 La influencia de la curvatura de la superficie terrestre
La tierra es un elipsoide, por lo que su superficie es curva. La superficie afecta principalmente dos aspectos, uno es el movimiento de la posición del píxel y el otro es el ancho desigual del píxel con respecto al suelo. Cuando el ángulo de escaneo del sensor, es decir, el ángulo de incidencia, es mayor, el impacto es más prominente, lo que hace que la escena del borde se comprima cuando se muestra la imagen. Suponiendo que la escena real en el terreno original es una línea recta, con un centro estrecho y bordes anchos al tomar imágenes, y el mismo tamaño de píxel al mostrar una sola imagen, entonces esta línea recta aparecerá como una curva en forma de S inversa, también llamada distorsión panorámica.
3.2.4 Efecto de la Refracción Atmosférica
El efecto de la refracción atmosférica es que la atmósfera refracta la propagación de la radiación. A medida que la distribución de densidad de la atmósfera se hace cada vez más pequeña de abajo hacia arriba, el índice de refracción continúa cambiando y la radiación refractada ya no se propaga en línea recta sino en una curva, lo que hace que el punto de imagen recibido por el sensor se desplace.
3.2.5 Influencia de la Rotación de la Tierra
Cuando el satélite está funcionando y el sensor escanea el suelo para obtener imágenes, la imagen estará sesgada debido a la rotación de la Tierra. Debido a que la mayoría de los satélites reciben imágenes durante la fase de descenso de la órbita, es decir, el satélite se mueve de norte a sur, y cuando la Tierra gira de oeste a este, la posición del punto subsatélite del satélite se desvía gradualmente.
Se puede ver en el análisis de deformación de las imágenes de detección remota anterior que los errores se pueden dividir básicamente en tres categorías: los errores internos causados por el propio sensor remoto varían según la estructura, las características y los métodos de trabajo del Los errores de clase del sensor remoto son generalmente pequeños; los errores externos causados por factores externos, como el análisis de las causas de la deformación de las imágenes de detección remota generadas durante el procesamiento, son errores humanos.
Corrección ortofotográfica de imágenes de teledetección de Jixi
4.1 Condiciones y datos naturales de la ciudad de Jixi
4.1.1 Condiciones naturales
Ubicación de la ciudad de Jixi En el sureste de la provincia de Heilongjiang, se la conoce como la "Ciudad Primavera del Norte". Limita con el condado de Linkou y el condado de Muling de la ciudad de Mudanjiang al oeste, el condado de Raohe, el condado de Baoqing, la ciudad de Qitaihe y el condado de Boli de la ciudad de Shuangyashan al norte, el río Wusuli y el río Songacha al este, y el río Xingkai al sur. Río Bailing, frontera terrestre. Es una ciudad fronteriza en el este de la provincia, con una longitud de 687,5 km. Hay seis distritos, dos condados y una ciudad en el área administrativa de la ciudad de Jixi, con una superficie total de 22488,46 km2. La ciudad de Jixi es rica en recursos minerales y está repleta de atracciones turísticas, como hielo y nieve, lagos, humedales, antiguas tumbas forestales, etc. Es rica en recursos turísticos característicos y tiene un terreno complejo.
4.1.2 Datos
La ciudad de Jixi utiliza dos datos spot-5 y 14 DEM 1:50000, que cubren los seis distritos de la ciudad de Jixi.
El DEM original es un modelo de elevación digital 1:50000, formato de cuadrícula, intervalo vertical de 10 m, sistema de coordenadas Xian de 1980, datum de elevación nacional de 1985, proyección Gauss-Kruger, zonificación de 6 grados.
Los puntos de control se miden mediante GPS, y los 80 puntos GPS se miden mediante dos imágenes.
4.2 Flujo de trabajo de corrección de imágenes Jixi
4.2.1 Selección de puntos de control y procesamiento de datos DEM
Seleccione 40 puntos de control para cada imagen de escena y las coordenadas geodésicas se dado por mediciones GPS en el campo. Debido a las limitaciones de otros factores ambientales, se midieron 36 puntos de acuerdo con los puntos de punción originales, y los 4 puntos restantes fueron medidos por topógrafos de campo de acuerdo con las condiciones reales y marcados en el mapa base para registrar los puntos detallados.
El modelo de GPS es Lingrui S80; la precisión es de 5 mm+1 ppm.
Figura 3 Flujo de trabajo de corrección de imágenes
DEM original ***14, formato estándar de la Oficina Nacional de Topografía y Cartografía, modelo de elevación digital 1:50000, formato de cuadrícula, intervalo vertical de 10 m, 1980 Sistema de coordenadas Xian, dato de elevación nacional de 1985, proyección Gauss-Kruger, zona de 6 grados.
La imagen final debe corregirse al sistema de coordenadas de Beijing de 1954, área de 3 grados, por lo que el DEM también debe corregirse a este sistema de coordenadas.
Primero convierta el formato, luego incrústelo en el archivo y finalmente convierta el sistema de coordenadas de 1954 a 1980 y proyéctelo en el área de 3 grados.
El DEM procesado es un modelo de elevación digital de 1:50000, formato IMG, espaciado vertical 10 M, sistema de coordenadas de Beijing 1954, proyección Gauss-Krüger, zona de 3 grados. Todos los datos DEM están integrados en archivos IMG, cubriendo toda el área de monitoreo.
4.2.2 Corrección de imágenes pancromáticas
Utilice ERDAS 8.7 como software operativo para leer el archivo DIM de la imagen pancromática original, agregar parámetros satelitales al modelo de corrección y luego agregar Datos DEM procesados. En este momento, los datos de la imagen pancromática ya tienen coordenadas geográficas aproximadas y el error sigue siendo muy grande. De acuerdo con los puntos característicos de la imagen, ingrese las coordenadas de los puntos GPS medidos en el lugar y ajuste los puntos característicos de la imagen correspondientes a los puntos GPS para acercar sus posiciones a las coordenadas reales y reducir los errores de los puntos de control. Analice las causas de los puntos con grandes errores, ajústelos y elimínelos según circunstancias específicas y corrija la imagen después de cumplir las condiciones de corrección. La resolución del remuestreo de imágenes es de 2,5 m y el método de remuestreo es el procesamiento de convolución cúbica. La distribución de coordenadas de los puntos de control de la imagen y sus errores de corrección se muestran en la Tabla 2.
En la aplicación de corrección de imágenes de alta resolución, la selección de la fuente de datos es muy importante. Diferentes satélites, diferentes imágenes e imágenes de satélite de diferentes calidades tienen un gran impacto en el método de corrección y la precisión de la corrección final. Los datos DEM son muy importantes para las zonas montañosas. Buenas imágenes satelitales, coordenadas precisas de los puntos característicos y datos DEM apropiados pueden minimizar los factores de error externos en la corrección de imágenes satelitales.
Tabla 2 Tabla estadística residual del punto de control de imagen corregida de la escena de la ciudad de Jixi 307-258
Referencia
Hu Mingcheng. Desarrollo y últimos logros de la tecnología de teledetección por satélite [J]. Surveying and Mapping Science, 2000, 25 (1)
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Dang, Wang Xiaodong, et al. Método de procesamiento de imágenes por teledetección de ERDAS IMAGINE [M Beijing: Tsinghua University Press, 2003.
Ch/t1008-2001. Producto de información geográfica básica modelo de elevación digital 1: 10000, 1: 50000 [s]. Beijing: China Standard Press, 2001.