Investigación sobre la construcción de una base de datos de puntos de control de imágenes GPS de imágenes satelitales de alta resolución

(Centro de Información sobre Tierras y Recursos del Departamento Provincial de Henan, Zhengzhou 450016)

Resumen: A través de varios métodos utilizados en la corrección de datos de imágenes satelitales de alta resolución SPOT 5_2,5 m El análisis de los datos de control ilustra la necesidad de establecer una base de datos de puntos de control de imágenes GPS. A través de discusiones sobre la selección de puntos de control de imágenes, mediciones de campo, evaluación de precisión y construcción de la base de datos de puntos de control de imágenes GPS, se propone seleccionar puntos de control GPS como datos de control para la corrección de datos de imágenes satelitales de alta resolución SPOT5_2,5 m. Puede garantizar la precisión de la corrección de la imagen, ahorrar tiempo y reducir la inversión.

Palabras clave: base de datos de corrección de imágenes de puntos de control de teledetección por satélite

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Con el rápido desarrollo de la tecnología de la información, la tecnología de teledetección por satélite ha logrado grandes avances. En particular, el 4 de mayo de 2002, el satélite francés de teledetección terrestre SPOT 5 entró en su órbita predeterminada, lo que promovió en gran medida el progreso científico y tecnológico y el nivel de gestión de diversas industrias de aplicaciones. La teledetección satelital de alta resolución ha logrado resultados notables en el estudio y evaluación de recursos terrestres, el monitoreo dinámico del uso de la tierra, el estudio de renovación de tierras y la cartografía topográfica a gran y mediana escala.

Para los datos de imágenes satelitales de alta resolución SPOT 5_2,5 m, la corrección geométrica utiliza principalmente modelos de corrección diferencial digital polinomial bidimensional y tridimensional. Los datos de control de corrección incluyen principalmente números de escala 1:10.000 o mayores. Mapa Topográfico Ráster (DRG) y Mapa Ráster Digital de Uso del Suelo (LUDRG). A través de investigaciones relevantes, el autor cree que es más apropiado seleccionar puntos de control de imagen como datos de control de corrección para datos de imágenes satelitales de alta resolución. En respuesta a esta idea, el equipo del proyecto llevó a cabo una serie de debates e investigaciones y estableció una base de datos de puntos de control de imágenes GPS en algunas áreas de la provincia de Henan basada en la plataforma MapGIS, sentando las bases para futuros trabajos relacionados.

1 estado

Actualmente, las correcciones de imágenes satelitales de varias resoluciones se refieren básicamente a mapas topográficos, mapas topográficos raster digitales o mapas raster digitales de uso del suelo, etc. En vista de la producción del mapa de ortofoto digital SPOT 5_2,5 m, el Departamento Catastral del Ministerio de Tierras y Recursos ha formulado especialmente el "Reglamento Técnico para la producción del mapa de ortofoto digital SPOT 5_2,5 m". Está claramente estipulado que el mapa de ortofoto digital SPOT 5_2,5 m debe "utilizar un mapa topográfico raster digital de 1:10.000 (o mayor escala), un mapa raster digital de uso del suelo o puntos de control de campo de alta precisión como datos de control". A través de trabajos relevantes en los últimos años, el autor cree que los datos de control de correcciones actuales, especialmente los datos de control de correcciones en la provincia de Henan, tienen los siguientes problemas.

1.1 Los mapas topográficos existentes 1:10.000 de la provincia de Henan aún no han cubierto completamente el terreno, la precisión de los mapas topográficos varía y la situación actual es mala.

La provincia de Henan cuenta actualmente con 6.565 mapas topográficos, cubriendo una proporción de 1:10.000. Hasta ahora sólo se han trazado 5.600 mapas topográficos y unos 15 no lo han sido. La mayoría de los mapas topográficos existentes fueron medidos por departamentos de topografía y cartografía, unidades de topografía geológica y minera y unidades de topografía y cartografía geológica de yacimientos de carbón en las décadas de 1960 y 1980, respectivamente, y la precisión de la topografía y la cartografía varía. Debido a la deformación de los mapas en papel, la desviación real entre la conexión de la cuadrícula de km y la intersección de la cuadrícula de km en algunos mapas topográficos es de 1 ~ 3 mm, y algunos exceden los 3 mm si estos mapas topográficos se utilizan como datos de control para SPOT5_2.5. m high Imágenes de satélite de alta resolución. En segundo lugar, los mapas topográficos existentes tienen ya treinta o cuarenta años. Algunas características de la superficie son irreconocibles desde hace mucho tiempo y es difícil encontrar puntos característicos con el mismo nombre. Incluso el mapa topográfico actualizado solo ha actualizado las características principales, como las carreteras principales y las áreas residenciales sobre la ciudad incorporada. La mayoría de las demás características y contornos siguen el mapa original.

1.2 El mapa de uso de la tierra actual (base de datos) no puede cumplir con los requisitos de precisión.

La investigación sobre el estado del uso de la tierra en la provincia de Henan comenzó a finales de los años 1980 y finalizó a mediados de los años 1990. El método de estudio utiliza básicamente un plano de imagen aérea 1:1000 o una fotografía aérea infrarroja en color 1:35000 y un mapa topográfico 1:1000 para el mapeo de campo, y luego el mapeo interior, la medición y nivelación del área.

Todos los procesos son operaciones manuales y se ven interferidos por diversos factores, por lo que la calidad de las imágenes varía mucho. Si se utiliza el mapa de uso de la tierra actual (base de datos) como datos de control para corregir los datos de la imagen satelital de alta resolución SPOT 5_2.5 m, la precisión de la corrección no puede cumplir con los requisitos de la especificación.

2 Selección de puntos de control de imágenes

Este estudio experimental incluye 8 imágenes satelitales SPOT 5 de las ciudades de Pingdingshan, Xuchang y Luohe en la provincia de Henan. La escala DEM que cubre el área experimental es 1: Se seleccionaron 50.000, * * *152 puntos de control de corrección de imagen.

El principio de selección de los puntos de control de imágenes es que la distribución de los puntos es relativamente uniforme, las características son obvias, el transporte es conveniente y el número es suficiente. Los puntos de control de la imagen deben seleccionarse en el espectro de colores tanto como sea posible para evitar líneas de alto voltaje y grandes áreas de agua.

Para mejorar la eficiencia y precisión de la medición de campo, después de seleccionar los puntos de control de imagen, los puntos de control de imagen seleccionados se convierten en una "Tabla de resultados de medición de campo de puntos de control de imagen" que es fácil de transportar y guardar El número, la posición y el diagrama esquemático ampliado de los puntos de control de imágenes, tres conjuntos de coordenadas y descripciones de puntos de WGS84, 1954 Beijing y 1980 An se registraron respectivamente como datos básicos para establecer una base de datos de imágenes gráficas de puntos de control de imágenes GPS.

3 Estudios de campo de puntos de control de imagen

La medición de campo de los puntos de control de imagen adopta el método de ruta adjunta, y la distancia promedio entre cada punto de control de imagen es de aproximadamente 13 km. El punto con "P" delante del número de serie indica el punto de control de imagen de esta medición, y el punto con "C" delante es la red de control GPS de nivel C, que junto con el punto de nivel C * *constituyen la red de control GPS (Figura 1).

Figura 1 Diagrama esquemático de la distribución de puntos de control de imagen y puntos de control GPS de nivel C de referencia

Esta medición de control GPS utiliza tres conjuntos de datos de los datos de control geodésico C de la provincia de Henan. Red de control GPS de nivel (WGS 84, Beijing 1954, coordenadas Xi'an 1980) como datos iniciales, de acuerdo con las especificaciones de medición del Sistema de posicionamiento global (GPS), se utilizan tres conjuntos de receptores GPS como grupo para realizar observaciones estáticas simultáneamente. . El período de observación es de 45 minutos, el ángulo de altitud del satélite es ≥15° y el número total de satélites de observación efectivos es ≥ 4. El operador completa el formulario de registro de mediciones de campo y describe en detalle los puntos de control de la imagen mediante fotografía digital y registro de puntos. Utilice el software de topografía y cartografía de Southern para calcular la línea de base y ajustar los datos medidos para que se ajusten a la elevación. Calcule las elevaciones de ajuste de los tres conjuntos de datos y los puntos de control de corrección en función de los tres conjuntos de sistemas de coordenadas respectivamente. El error medio del punto más débil en la posición del plano de 152 puntos de control de imagen es de 6,8 cm y la precisión del ajuste de elevación es de 0,321 m. La precisión de los resultados cumple con los requisitos de la especificación.

4 Procesamiento de datos de imágenes y producción de DOM

El procesamiento de datos de imágenes incluye principalmente el registro de imágenes, la fusión, la ortorrectificación, la unión y la producción de ortoimagen (DOM) 1:10.000. Dado que la imagen satelital SPOT 5_2.5 m se recibe simultáneamente a partir de datos multiespectrales y pancromáticos de una sola escena, la correlación geométrica de sus gráficos es buena, el registro de datos multiespectrales y pancromáticos es difícil y la precisión no es alta, por lo que es utilizado Método de registro relativo. Durante el proceso de fusión de datos de imágenes, teniendo en cuenta las diferencias entre escenas debido a diferentes tiempos de recepción de datos, interferencias de nubes aéreas, luz irregular del suelo, etc., se realizó un preprocesamiento, como estiramiento lineal y mejora de textura, en los datos antes de la fusión de datos. El brillo de toda la imagen de la escena es moderado, la textura es clara y los detalles son prominentes, lo que mejora la precisión de la interpretación visual. La fusión de imágenes utiliza principalmente el algoritmo de fusión de productos más básico para fusionar directamente datos de teledetección de dos resoluciones espaciales. Después de la fusión, mediante el ajuste del histograma, la nitidez USM, el balance de color, el ajuste de la saturación cromática y la mejora del contraste, toda la imagen de la escena tiene un color verdaderamente uniforme, un brillo moderado y una claridad, y se mejora la información temática, especialmente la información de textura.

Utilice el módulo de ortorectificación LPS en el software profesional de procesamiento de imágenes de teledetección ERDAS para realizar ortorrectificación en imágenes de teledetección. Esta corrección utiliza el modelo físico SPOT 5. Los puntos de control se distribuyen uniformemente en toda la imagen de la escena. Cada escena tiene 25 puntos de control. Las áreas superpuestas de las imágenes de la escena adyacentes tienen más de dos puntos de control comunes.

La corrección de ortoimagen se basa en puntos de control GPS medidos y DEM 1:50000, y los datos de fusión SPOT 5_2,5 m se corrigen según la escena, con un intervalo de muestreo de 2,5 m.

Usos de unión de imágenes ERDAS En el módulo de procesamiento por lotes del módulo de proyección ortográfica LPS, dos imágenes adyacentes recopilan más de dos puntos de control comunes, lo que garantiza la precisión del empalme de imágenes.

El DOM se produce mediante la herramienta Image Info, se corta según el estándar nacional 1:10000 y cubre toda el área administrativa a nivel de condado. El mapa se modificó de acuerdo con los requisitos técnicos para el procesamiento de datos de imágenes de alta resolución y la construcción de bases de datos, utilizando el software MapGIS, y los parámetros de proyección estuvieron de acuerdo con la proyección Gauss-Kruger, el sistema de coordenadas de Beijing de 1954 y el dato de elevación nacional de 1985.

5 Evaluación de la precisión de DOM

La evaluación de la precisión de DOM utiliza puntos de control de campo como referencia, y el método de evaluación es el método de selección de puntos de control: seleccionando el mismo nombre entre las imágenes DOM y la función de puntos de control de campo. puntos, calcule el error de corrección y el error medio.

5.1 Selección de puntos de control y medición en el sitio

Selección de puntos de control: seleccione aleatoriamente una imagen de escena como unidad de evaluación y seleccione 30 puntos de control distribuidos relativamente uniformemente que sean diferentes de los puntos de control calibrados. . El principio de selección de los puntos de control es coherente con el de los puntos de control de imágenes. Al seleccionar los puntos, trate de evitar factores influyentes como líneas de alto voltaje y grandes aguas.

Medición de puntos de control: el método de medición de campo de los puntos de control es consistente con el método de medición de los puntos de control de imagen, es decir, el método de ruta adjunto se utiliza para formar una red de control GPS completa y las mediciones se realizan simultáneamente y con la misma precisión de forma estática.

5.2 Cálculo de la precisión de la corrección

La fórmula de evaluación de la precisión es la siguiente:

Investigación exhaustiva sobre tecnología de procesamiento eficiente a gran escala y construcción de bases de datos de imágenes de detección remota en la provincia de Henan

Entre ellos: error medio del punto RMS;

n-el número de puntos de control;

Coordenadas Ui-x e y del control puntos en la imagen DOM;

VI——Las coordenadas X e Y del punto de inspección de campo GPS.

Según el índice de precisión de producción de 1:10.000 DOM en las "Especificaciones técnicas de producción de imágenes de ortofoto digital SPOT5_2". 5m;", el error de puntos en áreas planas y montañosas no excede los 5m; en áreas montañosas no excede los 7,5m; en áreas montañosas no excede los 10m. Las áreas seleccionadas para esta evaluación de precisión son principalmente áreas planas y algunas son Después del cálculo, el error medio del punto seleccionado es de 2,62 m, lo que cumple plenamente con el requisito de precisión de producción de 1:10.000 DOM. La tabla de cálculo de evaluación de la precisión de la calibración se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1 Corrección. tabla de cálculo de evaluación de precisión

Continuar

Establecimiento de 6 bases de datos de puntos de control de imágenes GPS

Para lograr alta eficiencia y alta precisión en el control geométrico y la inspección de resultados en. Geocodificación precisa, se estableció una base de datos de puntos de control de imágenes GPS para cumplir con los requisitos de corrección y registro de imágenes.

El establecimiento de la base de datos de puntos de control de imágenes GPS utiliza el mapa base geográfico 1:500.000 de la provincia de Henan. el mapa base de trabajo, ingresa los archivos de coordenadas espaciales de los puntos de control y recopila atributos y archivos de gráficos para establecer un archivo de puntos de control de imagen unificado con una base matemática.

La información de imagen de los puntos de control de imagen recopilados. no solo incluye la información de coordenadas geográficas de los puntos generales de control de la imagen, sino que también incluye las ubicaciones características relacionadas con la imagen a corregir, información de textura del objeto, información de resolución, información de escala, etc.

Recopilar puntos de control. atributos y resolución de registros, escala, rango, información del elipsoide, información de proyección e información del sistema de coordenadas (coordenadas de Beijing 1954, coordenadas de Xi'an 1980, coordenadas WGS84), unidad de producción de la base de datos, fecha de producción, etc. >Figura 2 Diagrama esquemático de la base de datos de imágenes gráficas del punto de control

7 Conclusión

Los estudios de renovación de tierras, el monitoreo dinámico del uso de la tierra mediante sensores remotos y las inspecciones policiales de casos de violación de tierras no deben Solo considere la precisión de la corrección de las imágenes de detección remota, pero también considere su estado actual, el tiempo de procesamiento de las imágenes y los costos de inversión.

El establecimiento de la base de datos de puntos de control de imágenes GPS no solo cumple con los requisitos de precisión de corrección de las imágenes satelitales SPOT 5_2,5 m, sino que también sienta las bases para realizar trabajos similares en la misma área en el futuro, lo que reduce en gran medida los costos de inversión y ahorra imágenes. tiempo de procesamiento y papel El efecto "de una vez por todas".

Haz el examen y contribuye

Dang Rongan et al., 2003. Método de procesamiento de imágenes de teledetección de imágenes ERDAS [M] Beijing: Tsinghua University Press.

Rey. 1990. Principios de fotogrametría [M]. Wuhan: Prensa de Tecnología de Topografía y Cartografía de la Universidad de Wuhan.

Tú, Shuzhu, Liu Shunxi. 2002. Aplicación de GPS en estudios de cambio terrestre [J]. Boletín de topografía y cartografía (5): 1 ~ 3

Zhang Jixian et al. Base de datos de puntos de control de imágenes gráficas y su aplicación [J]. Boletín de topografía y cartografía (1)

(Publicado originalmente en "Land and Resources Informatization", número 3, 2007)