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基于ArcGIS与ERDAS相结_省略_QUICKBIRD影像精配准为例_肖提荣

基于ArcGIS与ERDAS相结合的遥感影像快速精确

配准研究

———以云南思茅市主城区QUICKBIRD影像精配准为例

肖提荣,杨景,孟鸣

(云南大学

资源环境与地球科学学院,云南

昆明

650091)

摘要:设计了一种高分辨率遥感卫星影像到地面状况的快速、精确配准方法:充分利用ArcGIS与ERDAS软件相兼容的特点,先用ArcGIS进行初配准,再用ERDAS进行精配准;对比二次配准结果,初配准中残差(RMS)均值为1.7235、最大值为4.19、最小值为0.45、标准差为1.32;而精配准中残差(RMS)均值为1.525、最大值为

3.304、最小值为0.105、标准差为1.015。结果满足了实际工程的需求。同时,阐述了如何从理论学习上升到实际

工作,对于利用高分辨率卫星数据进行城市规划、编制城市大比例尺地图具有一定的参考价值;对于初学者或没有工程经验者有一定的指导意义。

关键词:影像配准;影像纠正;思茅市;QUICKBIRD影像中图分类号:X87

文献标识码:A

文章编号:1001-7852(2007)02-0103-04

0引言

由于近年来城市化速度加快,思茅市主城区同

其它城市一样地面状况发生了很大变化,原有的基础地理信息(如土地利用、地面建筑物等)已不能满足各部门展开工作的需求;同时,传统的地理信息存取方式也跟不上地面建筑物的变化,使得各部门工作效率低下,不能实现办公现代化及适应信息共享等需求,故更新其主城区基础地理信息库已成为当前要务。而GIS和RS的发展与结合为完成这一工作提供了一条快速更新之路。高分辨率卫星遥感影像由于其时效性、真实性,特别是其相对航空摄影的廉价性等方面的特性更使快速、经济实用的更新成为可能[1]。遥感影像配准是图像拼接、信息融合、信息提取等工作的基本预处理步骤;配准精度对后续的处理产生重要的影响[2]。那么,遥感卫星影像的精确配准关系到整个基础地理信息库的精度,也是决定更新后的数据能不能和现实状况(如测量)匹配之关键所在。目前遥感影像配准精度已发展到亚像元级;同时也有很多学者、专家研究了一些自动、高精度的配准方法,但也各有缺陷、通用性

不高,如大部分研究皆是从影像到影像的配准[3]。考虑到本项目中实际情况(只要求高精度配准一幅

QUICKBIRD影像,同时没有以前经过校正的影

像),所以此次配准仍采取传统的人工手动配准,充分利用了ArcGIS与ERDAS软件相兼容的特点,过程如图1所示。

1已有资料情况

(1)QUICKBIRD影像数据一幅,其范围为东

南:北纬22.6667度,东经101.0608度;西北:北纬22.8469度,东经100.8597度。成像时间:2005年4月。空间分辨率为0.61米。面积约410平方公里。(2)思茅市城区测量控制点成果表一份。(3)思茅市城区测量三角点成果表一份。(4)思茅市主城区1:5000地形图纸图8幅,均为北京54坐标系。(5)思茅市主城区1:10000地形图10纸图幅(其中54坐标系5幅,80坐标系5幅)。

2具体配准过程

鉴于以上资料状况,要进行影像数据的精配

准,必须进行以下各项步骤:

收稿日期:2006-03-13;修订日期:2006-05-07.

基金项目:思茅市建设局项目“利用高分辨率卫星影像快速更新城市基础地理数据库”.

作者简介:肖提荣(1981-),男,湖南省隆回人,硕士研究生,主要从事GIS与RS的应用与研究.

Vol.19No.2Mar.,2007

云南地理环境研究

YUNNANGEOGRAPHICENVIRONMENTRESEARCH

第19卷第2期2007年3月

图3

裁剪图像示意

Fig.3Cutpicturesketchmap

2.1数据预处理

为了最终从遥感卫星影像中得到的数据跟与本

项目同时进行的实地测量结果相匹配,在配准时就必须先把供配准参考的地形数据与已有的测量控制点和测量三角点配准。由于资料中没有数字地图,不能直接供配准时应用。故应进行以下数据预处理[4]。

2.1.1生成标准控制点矢量文件

先把测量控制点与测量三角点输入计算机成

TXT文件,再在ARC/INFO中用GENERATE命令

生成点状图层。如图2。

2.1.2扫描地形图并屏幕数字化

思茅主城区地形图可先扫描成彩色JPEG格式

(当然也可以用TIFF格式),再用R2V软件进行屏幕数字化保存为shp格式。在ARCEDIT中编辑修改数字化错误,得到地形矢量数据。

2.1.3裁剪所需要的城区影像

由于原始QUICKBIRD影像数据空间分辨率大,

同时覆盖范围达400km2多,数据量太大

(4.86GB),GIS和RS软件很难处理。所以应先大

概估计主城区的范围在ERDASIMAGINE中进行

图像剪切,得到城区范围图像,这样数据量大大减

少。范围如图3。

2.1.4精配准地形矢量数据

因为纸质图变形等问题的存在,虽经过ArcGIS

中的橡皮膜变换等处理,但也难免与实际测量数据产生误差,影响其地理位置的精确性。为了保证项目完成后与实际测量的数据高精度匹配,故先在

ArcGIS中对用于遥感配准参考的地形数据向标准的

控制点配准。

2.1.5生成DEM

由于地形资料来源不同,应把与测量控制点配准后的矢量数据统一转换为北京54坐标系,再用

ArcGIS中的3D分析模块生成TIN,再由TIN转成GRID。如图4。2.2初配准

图1配准详细流程图

Fig.1Detailedflowchartofregistration

图2

地面控制点分布状况图

Fig.2

Groundcontrolpointdistributesconditionmap

第19卷

云南地理环境研究104

2.2.1在ERDAS8.6图像预处理模块中完成控制点采集

步骤如下[5]:

(1)显示图像文件。在ERDAS图标面版中单击Viewer图标二次,打开二个视窗(View-er#1、Viewer#2),在Viewer#1中打开需要配准的QUICKBIRD图像;在Viewer#2中打开作为地理参考的地形矢量数据。

(2)启动几何校正模块。SetGeometricModel选择QuickBirdRPC校正模型,输入RPC文件,在下面的对话框里有个PolynomialOrder,选择3就可以,然后单击Apply应用按钮,关闭几何校正模块。

在GCPToolsReferenceSetup对话框中选择采点模式,即选择ExistingViewer单选按钮;单击OK按钮,打开ViewerSelectionInstruction指示器;在显示作为参考图像的Viewer#2中单击,打开ReferenceMapInformation提示框,单击OK按钮,进入控制点采集状态。

(3)采集地面控制点。在Viewer#1内选择容易识别又不容易发生变化的特征点(如河流拐弯点、交叉点等),然后转到Viewer#2QUICKBIRD图像内找与它相似的点,选够10个点后,在GCPTool界面里将出现误差参数,由此可以看到所选择的地面控制点是否准确。这里需要注意的是这10个控制点的选择应尽量均匀分布(最好呈三角网分布),尽量在全图范围内找。而后,每采集一个输入GCP,系统就自动产生一个参考GCP,通过移动参考GCP可以逐步优化校正模型。如表1。

(4)采集地面检查点。以上所采用的GCP的类型均为ControlPoint,用于控制计算,建立转换模型及多项式方程。而这步所要采集的GCP的类型均是CheckPoint(检查点),用于检验所建立的转换方程的精度和实用性。所以计算检查点误差时,如果地面控制点定位选择比较准确的话,检查点匹配比较好,误差会在限差范围内;否则,误差会超标。这就需要重新采集地面控制点对,因此采集地面控制点对的精确与否,是进行图像配准的关键步骤。由于初配准中要求精度不高,只要达到地理坐标大至符合就可,从表中可看出控制点精度满足要求,所以这里不需要采集地面检查点。

(5)保存控制点为文本文件。以便ArcGIS调用为LINK。

(6)计算转换模型。在GeoCorrectionTools对话框中单击DisplayModelProperties图标,打开PolynomialModelProperties(多项式模型参数)对话框,在多项式模型参数对话框中查阅模型参数,并记录转换模型。

(7)保存图像配准模型。在GeoCorrectionTools对话框中单击Exit按钮,退出图像初配准过程,保存配准模式。

2.2.2在ArcGIS9.0中初配准影像

利用ArcGIS9.0中Georeferencing地理参考模块可直接导入ERDAS中保存的文本文件(].TXT)成为LINK,然后选用自动调整图像,再更新图像即可。图像已具有与实际相差几米的地理参考,这样极大地方便了精配准中控制点及检查点的选取。2.3精配准

在ERDAS8.6图像预处理模块中完成。步骤如下:各步中与初配准不同的是:在VIEW#2中打开的是高精度DEM(GRID),再打开前面保存的配准模式。重新选取控制点及地面检查点,保证最大误差RMS系数在3左右(如表2),重新计算转换模型。然后

图4项目区高精度DEM

Fig.4TheitemareahighaccuracyDEM

表1控制点误差参数(初配准)

Tab.1Referencepointerrorparameter(primaryregistration)

肖提荣等:基于ArcGIS与ERDAS相结合的遥感影像快速精确配准研究

第19卷105

进行图像重采样。在GeoCorrectionTools对话框中单击ImageResample图标,打开Resample(图像重采样)对话框,重采样方法为立方卷积插值法,像元值设为0.6米。

3检验配准结果

基本方法是,同时在两个窗口中打开两幅图

像,其中一幅是配准后的图像,一幅是DEM图像或是其它地形矢量数据,通过窗口地理连接功能及查询光标功能进行目视定性检验。在有明显位置特征处(如河流转弯处、水库边界等)进行检验。如图5。

4小结

对比二次配准结果,初配准中残差RMS均值为

1.7235、最大值为4.19、最小值为0.45、标准差为

1.32;而精配准中残差RMS均值为1.525、

最大值为3.304、

最小值为0.105、标准差为1.015。说明精配准中控制点的错位更加均匀,位置更为精确!根据实际情况,实验完成了高分辨率遥感卫星影像与实验地面状况的配准,达到了各种工程需求标准。本次工作说明了利用高分辨率遥感卫星影像快速更新城市地理信息是切实可行的。但由于实际条件所限,配准后期野外考察采点分析工作尚未完成。遥感影像配准研究方向是实现全面的配准自动化、高精度化!

表2

控制点误差参数(精配准)

Tab.2Referencepointerrorparameter(accurateregistration)

图5配准结果图(局部)

Fig.5Resultdiagramofregistration(part)

参考文献:

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STUDYONRAPIDANDHIGH-PRECISIONREGISTRATIONOFREMOTESENSING

IMAGEBASEDONCOMBINATIONARCGISWITHERDAS

XIAOTi-rong,YANGJing,MENGMing

(CollegeofResourceEnvironmentandEarthScience,YunnanUniversity,Kunming650091,Yunnan,China)

Abstract:Designakindofrapid、thehigh-precisionregistrationmethodaboutrectificationthehighResolutionRemoteSensingsatelliteimagegoestogetherwithactualgroundcondition:MakefulluseoftheArcGISandthe

(下转第111页)

第19卷

云南地理环境研究106

ERDASsoftwarewellmutuallyandthecharacteristicsforpermit,ArcGISwasfirstusedforprimaryregistration,ERDASwasusedagainforaccurateregistration<Contrasttoregistrationresulttwotimes,intheprimaryregistra-tion:AveragevalueofRMSis1.7235,thebiggestbeworthto4.19,theleastbeworthto0.45,,Sigmais1.32;Butintheaccurateregistration:AveragevalueofRMSis1.525,thebiggestbeworthto3.304,,theleastbeworthto0.105,Sigmais1.015.Meetthedemandoftheactualprojectasaresult.Atthesametime,explainedhowthestudyoftheorytopracticalworkintheuseofhigh-resolutionsatellitedataforurbanplanning,urbanlarge-scalemapspreparedwithsomereferencevalue<Bylearners,orforthosewhohavenoworkexperienceguid-ingsigni-ficance.

Keywords:imagerectification<imagerectification<Simaocity;QuickBirdimage

参考文献:

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1-5.

IMPLEMENTATIONOFSICHUANGEOLOGICALHERITAGEINFORMATIONSYSEM

GUJi-rong1,FANXiao2,WANGMian1,JIANGLiu-guan-yan1

(1.InformationCenterofTheLandandResourcesDepartmentofSichuanProvince,Chengdu610068,Sichuan,China;

2.RegionalGeologicalSurveyTeamofGeologicalBMR,Chengdu610213,Sichuan,China)

Abstract:Thegeologicalheritagederivedfromlongperiodofgeologicalerachangewhichisveryvaluableforaesthetics,history,cultureandscientificresearchandcanbenefitsregionaleconomicsdevelopment.ThispapermainlyfocusonSichuan,China.Throughanalyzingthegeologicalheritageprotectionandconservationinthereandtoresolvetheshortageinitsdevelopmentandprotection,Inpapertheydiscusshowtoimprovegeologicalher-itageprotectionpatternsbyusingGIS.InpapertheyintroducehowtoimplementARCGISplatformtobuildainte-grationinformationsystembasedonspatialdatabaseincludingattribute、videoandimageinformation.Thissys-temprovidesdecision-makingandanalyticmethodsforgeologicalheritageprotectionandleadsgeologicalheritageprotectiontothesustainabledevelopment.

Keywords:geologicalheritagespot;geographicalinformationsystem;spatialdatabase

(上接第106页)

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!辜寄蓉等:四川省地质遗迹景观信息系统设计

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