DEM y producción de mapas base geográficos digitales

El DEM en el área de estudio consta de 17 datos DEM y un marco de mapa de 1:50000. Los 17 mapas topográficos fueron escaneados, corregidos, registrados y empalmados en el software de procesamiento de imágenes ENVI para formar un mapa topográfico completo del área de levantamiento 1:50,000, y luego las líneas topográficas fueron vectorizadas y combinadas con la imagen estereoscópica del satélite japonés ASTER. para generar El DEM de cuadrícula de 15m y el DEM*** de algunas áreas de mi país proporcionado por el Centro Nacional de Información Geográfica se generaron en la plataforma de software MAPGIS.

(2) Mapa base geográfico digital del área de estudio 1:50.000

En primer lugar, al vectorizar contornos del terreno, ríos, carreteras, picos de montañas, puntos de elevación, áreas residenciales, etc. Las características también se vectorizan; ¿convierte el DEM del área de estudio 1:50000 completado en datos de cuadrícula en formato Surfer y luego los usa en el mapa? Dibuje mapas de curvas de nivel de elevación con intervalos de elevación de 100 m, 50 m o 20 m en SIG; finalmente edítelos para formar un mapa base geográfico digital del área de estudio. El método de proyección de este mapa es la proyección gaussiana, el meridiano central es 81 de longitud este y se utiliza el sistema de coordenadas Beijing 54 basado en el elipsoide de Krasovsky.

(3) DEM de área de estudio 1:10.000

1. Dificultades técnicas

El DEM de alta precisión es un estudio de detección remota cuantitativa 1:10.000 de desastres y entorno geológico y base de seguimiento. Producir DEM de alta precisión en zonas montañosas es una dificultad técnica en el país y en el extranjero. Existen dos dificultades técnicas principales: primero, hay pocos datos satelitales para establecer modelos tridimensionales de alta precisión; segundo, faltan métodos técnicos para generar DEM de alta precisión en áreas con grandes diferencias de altitud;

2. Dificultades técnicas y procedimientos operativos

(1) Búsqueda de pares de imágenes estéreo satelitales de alta resolución

Este proyecto requiere el establecimiento de una longitud de 1 ~ 5 m. Grid DEM Sin embargo, el par de imágenes estéreo de 2,5 m del satélite SPOT-5, ampliamente utilizado actualmente, no puede cumplir con los requisitos de precisión. Después de la investigación, a excepción del SAR, actualmente sólo el par de imágenes estéreo del satélite estadounidense OrbView puede producir un DEM de tan alta precisión. Después de más de un año de arduo trabajo, los datos satelitales no se obtuvieron hasta junio de 2006 165438+10 meses. El satélite OrbView-3 es uno de los primeros satélites comerciales del mundo que proporciona imágenes de alta resolución. La altitud de la órbita del satélite es de 470 km, el período de visita de regreso es de menos de tres días, el rango espectral de la banda pancromática es de 450 a 900 nm y la resolución espacial es de 1 m. Este proyecto utiliza 12 * * 6 pares de imágenes de datos de imágenes satelitales OrbView de 1 m de resolución para construir un modelo tridimensional y generar un DEM.

(2) Plataforma de software

Inicialmente probé el funcionamiento de VirtuoZo, pero el software común del sistema de mapeo digital VirtuoZo no admite imágenes satelitales OrbView. Después de solicitar asistencia técnica al proveedor de VirtuoZo, se nos concedió acceso limitado al software VirtuoZoSeri recientemente desarrollado para mapeo occidental que admite imágenes satelitales OrbView.

En este trabajo también se utilizan ERDAS, ENVI y PHOTOSHOP.

(3) Tres planes de procesos operativos y su comparación

Área de estudio 1: Se llevará a cabo un DEM de alta precisión después de que se completen los 50.000 DEM en funcionamiento y el mapa base geográfico digital. Dado que producir DEM de alta precisión en áreas montañosas es un trabajo exploratorio, diseñamos tres conjuntos de flujos de trabajo: ① Seleccionar puntos de control del plano del mapa topográfico 1:50,000, usar la elevación determinada por el DEM 1:50,000 y usar el módulo RSAT para corrección DEM formada por pares de imágenes estéreo de satélite OrbView direccionales ② ¿Corrección de Orb? Dirigido por módulo RSAT mediante ajuste de red gratuito. Cree un DEM viendo imágenes estereoscópicas de satélite y luego corríjalo a través de puntos de control en el mapa del terreno ③ No hay puntos de control; De acuerdo con los parámetros de la órbita del satélite, mediante el ajuste libre de la red, utilice el módulo RSAT para orientar el par de imágenes estéreo del satélite OrbView para establecer un DEM, como se muestra en la Figura 1?2.

Figura 1?2. para establecer un DEM 1:10,000 Tres opciones

Durante la operación de la "Opción 1", el error de orientación fue muy grande y el error de orientación máximo fue de 17,852 m. La razón es que el error del control. El punto en sí es demasiado grande y no se puede controlar cuando se participa en la orientación. Los principales factores que afectan la precisión de los puntos de control son: ① El error del mapa topográfico ráster Los puntos de control se leen en el mapa ráster 1:50.000 corregido. Por lo tanto, la precisión es relativamente baja; aunque el mapa 1:50000 se ha corregido cuadro por cuadro, tendrá grandes errores como control geográfico y el intervalo de tiempo entre los datos del mapa y los datos de la imagen es de más de 20 años; En una zona tan erosionada, el terreno cambiará hasta cierto punto, por lo que no es fácil elegir un punto con el mismo nombre. (2) Error de cambio de terreno. El área de estudio pertenece a terrenos montañosos y de cañones, y es difícil encontrar un terreno de referencia relativamente fijo. Básicamente, los puntos de control se seleccionan por río. Las orillas, o la forma, del río han cambiado significativamente en los últimos 20 años debido a los cambios estacionales en los niveles del agua y la intensa socavación. ③Error de conversión y error DEM de los dos sistemas de coordenadas. Aunque cada imagen tiene sus propios parámetros de conversión, todavía existen errores de conversión entre diferentes sistemas elipsoidales. Las elevaciones de los puntos de control se leen del DEM proporcionado por el Centro de Información Geográfica Nacional. El espaciado de la cuadrícula de este DEM es de 25 m, que es mayor que el trabajo 1:1000.

En la segunda solución, primero, se genera un conjunto de ortofotos utilizando el método de ajuste de red gratuito de pares de imágenes estéreo y fotogrametría digital. Utilizando la longitud y latitud de la imagen misma, mediante transformación de coordenadas y desplazamiento, el mapa del terreno se asocia con la posición DOM generada. Consultando el mapa de imagen aster del área, busque los puntos con el mismo nombre del mapa ráster y el. imagen y lea los 54 puntos de control seleccionados. Luego convierta las 54 coordenadas de los puntos de control en 80 coordenadas, anide las 80 coordenadas de los puntos de control con el DEM de 1:50000 coordenadas y lea los datos de elevación de los puntos de control. Aunque los puntos de control se determinaron utilizando este método, la precisión de los resultados aún no estaba calificada debido a la gran diferencia de tiempo entre el mapa topográfico mencionado anteriormente y los datos de la imagen y el terreno especial. Los resultados del análisis de los puntos de control muestran que el error residual después de que los puntos de control participan en la orientación es mucho mayor que sin los puntos de control. La introducción de los puntos de control aumentará la diferencia interna del área de operación.

Por lo tanto, finalmente se adoptó el Plan 3, utilizando principalmente los parámetros orbitales del satélite para el control.

(4) Métodos para mejorar la precisión del DEM

Este proyecto adopta las siguientes soluciones: ① Utilice el método de corrección polinómica cuadrática punto por punto (cada punto de la cuadrícula participa) para realizar la corrección del error. minimización; (2) En tales áreas de montañas y valles, es muy difícil seleccionar puntos de control en mapas topográficos y mapas de imágenes. Posteriormente, la imagen en color ASTER de esta área se utilizó como selección de punto de referencia auxiliar. Cuando los puntos de control se combinaron con DEM para leer la información de elevación del punto de control, el DEM correspondiente a todos los puntos de control se maximizó tanto como fuera posible para reducir el. error de selección manual de puntos de control del plano; ③ Crear Después de crear el modelo 3D, puede ver la imagen 3D generada en la barra de herramientas Mostrar 3D. Sin embargo, debido a la gran diferencia de altura en el terreno, la imagen 3D no se puede mostrar en el. Módulo de mapeo Además, el modelo 3D generado no puede editar DEM, pero puede coincidir automáticamente con DEM. Todos estos problemas se resolvieron junto con los socios y, finalmente, todos los problemas de software y hardware se resolvieron uno por uno.

(5) Procesamiento de imágenes

Procesamiento de imágenes de datos satelitales ETM, SPOT, ASTER y CBERS-2, incluyendo síntesis multiespectral, fusión de datos, mosaico, corrección geométrica y registro de imágenes, principalmente realizado sobre plataformas ENVI, PCI y PHOTOSHOP.

Antes de obtener DEM de alta precisión, la corrección de imágenes de alta resolución con resolución terrestre ≤1 m se basa en DEM 1:50.000, por lo que su precisión absoluta es de sólo 1:50.000. El registro preciso de ortofotos e imágenes de alta precisión 1:1000 de cada fase es la base y garantía para la interpretación cuantitativa y el seguimiento de deslizamientos de tierra y entornos geológicos. Después de establecer un DEM calificado 1:1, los datos multiespectrales de 8 períodos adquiridos de QUICKBIRD y Alos *** de 2004 a 2007 se resintetizaron en las bandas 3, 4 y 2 y se fusionaron con la banda pancromática, todo usando OrbView DOM ( Fase 1+0) para corrección y registro entre imágenes.

(6) Interpretación y verificación de la interacción persona-computadora

La interpretación de la teledetección de la interacción persona-computadora se basa en los principios de la geología de deslizamientos de tierra. Sobre la base de una interpretación calificada, persona-computadora. Se utiliza interacción. Se utilizan métodos para interpretar y obtener información básica sobre deslizamientos de tierra y ambientes geológicos. ¿La interpretación es principalmente en MAPGIS, ENVI y PHOTO? Plataforma de tienda.

1: La interpretación de 50.000 desastres y entorno geológico se basa en la imagen ortofoto multiespectral SPOT-5 de resolución de 5 m, con referencia a imágenes ASTER, ETM y ALOS. El trabajo geológico en esta área es relativamente bajo y la única información detallada es el mapa de Zada ​​​​1: 250.000 y el mapa de Xueyishan de la región. Sin embargo, según las entrevistas, debido a la complejidad del terreno y al mal tiempo, los trabajos de topografía y cartografía no lograron llegar a la cuenca del río Pali. Para la interpretación de teledetección de este proyecto, primero nos referimos a mapas y descripciones de texto, combinados con características de imágenes, para establecer signos de interpretación, y luego realizamos interpretaciones una por una en función de los signos de interpretación. Una vez completada la interpretación preliminar, fui al Tíbet para una verificación in situ. Aunque estamos en junio, viajar desde Zada ​​​​hasta la zona de estudio del río Bali requiere cruzar muchos pasos con una altitud de más de 5.000 metros. La nieve era demasiado espesa y, aunque se contrataron trabajadores y caballos locales, no lograron llegar a la cuenca del río Bali. Aunque el clima en los extremos este y oeste del Himalaya es muy diferente, el terreno es básicamente simétrico y similar, por lo que nos trasladamos al pico Nangarbarwa en el extremo este para examinar la topografía y el entorno de los glaciares y deslizamientos de tierra allí. Además, visitamos al personal de la estación local de monitoreo del medio ambiente geológico y conservación del agua que había visitado el río Pali para comprender las condiciones del campo, recopilamos fotografías de campo del río Pali y verificamos los desastres y el medio ambiente geológico en el área de estudio mediante la interpretación comparativa de los alrededores. Imágenes de satélite. Después de la verificación de campo, se explicaron y analizaron más a fondo los peligros y el entorno geológico de toda la región.

(7) Sistema de información geográfica y análisis espacial

En el sistema SIG, el análisis y el cálculo espacial se realizan sobre la información básica obtenida a través de la interpretación anterior, incluidos los tipos de desastres y los desastres naturales. en áreas clave de estudio y análisis ambiental, ubicación de cuerpos peligrosos, estimación de forma y escala; determinación del tipo y ubicación de erosión por gravedad del área de estudio 1:50,000, cálculo de escala, evaluación de riesgos y análisis de la relación con el medio ambiente. ¿Este trabajo está principalmente en MAPGIS, ARC? Ver y plataforma ENVI.

(8) Precisión de los resultados

1) 1: 10.000 encuestas de teledetección. La dificultad general del terreno del área de estudio de este proyecto debería pertenecer a la zona alpina de nivel tres más alto, pero el terreno de deslizamientos de tierra local es relativamente suave.

Para el monitoreo de deslizamientos de tierra multitemporales, se requiere una corrección geométrica y un registro más estrictos de cada imagen de fase, por lo que se requiere que el error esté dentro de 1 m. Cabe señalar que esta es solo la precisión relativa dentro de las áreas clave, como se muestra en la Tabla 1?2.

Tabla 1-2 Precisión DEM dentro de las áreas clave de este proyecto: 1: 10,000.

También cabe señalar que en la etapa inicial del proyecto, debido a que la fuente de datos para establecer un DEM de alta precisión para el estudio 1:1:50000 no estaba disponible, el DEM 1:50000 solo pudo establecerse primero. Aunque se adquirieron datos satelitales con una resolución de 0,6 m en las áreas de trabajo clave correspondientes, la precisión de la corrección y el registro sigue siendo de 1:50.000 y la base de interpretación es (positiva). No fue hasta junio de 2006, 5438+2 meses, que se restablecieron el DEM de alta precisión y la base de interpretación de áreas clave.

2) 1: 50.000 estudios de teledetección. El DEM 1:50.000 utilizado en este proyecto consta de las tres partes anteriores. La parte nacional cumple con los estándares nacionales de topografía y cartografía, y la precisión de la parte extranjera es difícil de calcular.

1: La interpretación de 50.000 desastres y entorno geológico se basa en la imagen ortofoto multiespectral SPOT-5 de resolución de 5 m, con referencia a imágenes ASTER, ETM y ALOS. En términos de resolución terrestre, es suficiente para cumplir con los requisitos de un estudio de 1:50.000.

En el proceso de procesamiento de imágenes, los DEM nacionales que cumplen con los estándares nacionales de topografía y cartografía se utilizan principalmente para la corrección y el registro de coordenadas geográficas. Las imágenes SPOT en el área de estudio tienen diferentes estaciones y los datos PAN también tienen diferentes fases multiespectrales. Además, la corrección y fusión son muy difíciles en zonas de montaña y valle. Después de comparar varios métodos, finalmente se utilizó el cálculo de elementos finitos y el error de corrección final de los datos fusionados no superó los 10 píxeles. ASTER, ETM y ALOS utilizan imágenes SPOT fusionadas y corregidas para la corrección entre imágenes, y el error se controla dentro de dos píxeles.