1、遥感实习指导书2013 年 12 月遥感技术实习一 说明由于遥感技术的不断发展，其应用已经渗透到很多领域。在地理空间技术发展过程中，遥感也逐渐显现出了它作为一种大范围、高效率、实时获取数据信息的现代技术的优势。目前，遥感影像已经作为一种地理空间信息的数据源，在测绘、GIS 等方面起着越来越重要的作用。所以，对于遥感技术的学习以及对遥感影像的处理方法的掌握、应用已经具有了重要的实际意义。本次实习中，将会涉及到遥感影像预处理以及与现实数据生产相联系的利用遥感影像进行地形图更新等内容。二 实习内容1. 应用 1999 年航空摄影测量方法制作的 1：1 万地形图的几何精度，对较新资源三号卫星影像进行几
2、何校正。2. 应用纠正后的多光谱影像和全色影像进行融合。3. 应用 2012 年融合后的资源三号卫星影像对 1：10000 地形图进行更新。现有数据：1. 1999 年西安地区 1：10000 栅格地形图（9 幅）2. 2012 年西安地区高分辨率资源三号卫星影像。主要工作过程：1. 对扫描地形图的影像纠正、裁切、拼接2. 利用拼接好的地形图对遥感影像进行几何纠正3. 对纠正后的影像进行融合4. 利用遥感影像对地形图进行更新采用软件：在本次实习中采用的软件是遥感影像处理软件 ERDAS IMAGINE9.2/ 8.5/8.4。一 软件认知：ERDAS IMAGINE 是美国 ERDAS 公司开
3、发的专业遥感图像处理与地理信息系统软件。ERDAS 界面标题栏中下拉菜单介绍：Session(综合菜单) 完成系统设置、面板布局、日志管理、启动命令工具、使用功能等。Main(主菜单) 启动 ERDAS 图表面板中包括的所有功能模块。Tools(工具菜单) 完成文本编辑、矢量及栅格数据属性编辑、图形图像文件坐标变换、注记及文字管理、三维动画制作。 Utilities(实用菜单) 完成多种栅格数据格式的设置与转换、图像的比较。Help(帮助菜单 ) 启动关于图表面板的联机帮助、ERDAS IMAGINE 联机文档查看、动态连接库浏览等。ERDAS 面板工具条介绍：ERDAS IMAGINE 功能
4、体系介绍：在本次实习中，将会应用到 ERDAS 软件中的，图像预处理模块中的几何校正、拼接镶嵌功能以及矢量功能模块的对于矢量图层的编辑、处理功能。一 对于扫描地形图的影像纠正、裁切、拼接由于扫描地形图是利用已有的纸质地形图扫描而成的，在扫描过程中会存在着各种变形，所以在利用扫描地形图进行图像处理及数据采集之前需要对其进行纠正。纠正原理：通过图廓坐标对扫描地形图进行纠正。采用 ERDAS 中图像预处理模块中的几何纠正功能，在扫描地形图上选择一定数量的控制点，然后通过图上坐标判读，在控制点的参考坐标中输入读取的坐标值，并进行重采样，从而对扫描地形图进行纠正。步骤：1 格式转换IMPORT 模块要将
5、 dat 格式的遥感影像转换成 img 格式。将 tif 的地形图转换成为 img 格式。tif 可以在 ERDAS 中直接打开，但转换格式之后可以使其操作方便。2 分别对九幅图做几何校正设置：sessionpreferences-viewer-clear display 的钩去掉，使多幅图像可在一个窗口中打开。点击 Viewers 模块打开地形图；点 Raster-Geometric Correction-在 Set Geometric Model 中，选Polynomial（多项式变换） ，点 OK.在 Polynomial Model Properties 中： Polynomial O
6、rder（多项式次数）设为2点 Projection 选项：Map Units：Meters点 Add/Change Projection，点 Custom，进行设置Projection Type（投影系统）： Gauss KrugerSpheroid Name（参考椭球）：IAG-75Datum Name（基准面）:xian 80Longitude of central meridian：108:00:00.000000E （1：10000 图用的 3 度带，3*36=108，若为 36 度带）Latitude of origin of projection:0:00:00.000000NF
7、alse easting：500000metresFalse northing:0.000000metres设置完后,点保存，同时也可以将自己设置的坐标投影信息另存为一个文件，方便每次调用。如果另存为文件可以在 Standard 中选择刚才保存的文件，确定。点 Set Projection form GCP Tool，在 GCPTool Teference Setup 中选择Keyboard Only,确定。在 Polynomial Model Properties 中点 Apply,然后关闭在图上选择 6 个控制点，并根据经纬线输入其校正后 x、y 值，观察其精度情况.校正：Output F
8、iles: 输入文件名Resample Method：Bilinear Interpolation(双线性插值法)Output Cell Sizes：X:8.5 Y:8.5OK3 裁切、拼接九幅图在主窗口中选择 DataPrepSubset Images，裁切地形图；在主窗口中选择 DataPrepMosaic Images,EditAdd Images,装入九幅图ProcessRun Mosaic,输拼接后文件名，开始拼接（结果如下图）4 用拼接后的地形图对资源三号卫星影像进行几何校正二 遥感影像几何校正：1、设置：sessionpreferences-viewer-clear displa
9、y 的钩去掉2、点 Viewers,在 Viewers1 中打开遥感影像，再点击 Viewers，在 Viewer2 中打开地形图；点 sessiontile viewers，遥感影像和地形图并排显示；3、在遥感影像的视窗中，点 Raster-Geometric Correction-在 Set Geometric Model 中，选 Polynomial（多项式变换） ，确定在 Polynomial Model Properties 中： Polynomial Order：2 控制点最低个数(t+1)(t+2)/2在 Polynomial Model Properties 中：点 Set P
10、rojection form GCP Tool，为Existing Viewers,OK，然后在右侧地形图视窗点一下在 Polynomial Model Properties 中点 Supply，再 Close4、在 GCP Tool 视窗中，点 Edit，先 Set Point Type：control可以改变控制点和参考点的颜色便于观察选区情况，点击 color 进行颜色选择。点 （Create GCP） ，分别在遥感影像和地形图上选择同名点，点击一次，选取一对同名点，重复点击进行控制点选取；因为选择的是二次多项式，至少需要 6 个控制点。选好 68 个点后，在 Geo Correctio
11、n Tools 中，点 重采样，进行几何校正纠正精度：对于遥感影像，纠正的误差应该小于 1 像元1.5 像元（图像分辨率为 10 米） ，但为了有好的纠正精度，尽量控制 Total RMS 在一个像元范围内，如果在选择完控制点后发现 RMS 过大，可以将单点中误差的点删去，来保证精度5、Resample 视窗中，Output Files: 输入文件名Resample Method：Bilinear Interpolation(双线性插值法)Output Cell Sizes：X:10 Y:10点击 OK6、打开校正好后的遥感影像。三 对纠正好的多光谱图像以及全色图像进行融合影像融合ERDAS
12、提供多种融合方法，操作步骤大同小异。下面只介绍 Resolution Merge：选择主窗口面板 - Interpreter - Spatial Enhancement - Resolution Merge，弹出如下的融合窗口：选择高分辨影像（High Resolution Input File）为 data_fusion_pan.bmp， 多光谱影像（Multispectral Input File）为 data_fusion_mul.bmp，给出一个输出影像名，在融合方法（Method）中选择一个融合方法，有下面三种：（1）主成分变换（Principal Component）（2）乘法变换
13、(Multiplicative)（3）Brovey 变换（Brovey Transform ）选择采用方法，有以下三种：（1）最邻近像元(Nearest Neighbor)（2）双线性内插(Bilinear Interpolation)（3）双三次卷积(Cubic Convolution)选择数据类型（Data Type）为 Unsigned 8 bit，再点击 OK 即可。四 地形图修测Viewer打开校正后资源三号影像和拼接后的九幅图，点击 UtilitySwipe(卷帘) 观察图像的匹配情况。 （结果如下图）地形图的更新过程可以分为以下几步：1. 将纠正后的遥感影像和拼接后的地形图在同一
14、窗口中进行匹配。通过这一步也可以对自己纠正的结果进行检验，看地物是否匹配。 （如上图）2. 通过对比观察可以确定出在遥感影像上有而地形图上不存在的地物（本图如：三环）3.点击 Viewers-new-vector. 新建矢量图层。 通过 vector tools 来对新的地物进行描绘，从而达到更新地形图的目地。实习报告内容1、上交基于遥感影像修测的地形图。2、说明修测的新增地物内容，及绘制的用于精度检查的旧地物共几处。3、评价图像几何校正及修测地物的精度情况，若有精度问题分析其原因。4、有何认识和感想？ENVI 和 ERDAS 中自定义坐标系的方法 什么是 80 西安坐标系？ 1978 年 4
15、 月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。为此有了 1980 年国家大地坐标系。1980 年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为 1975 年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约 60 公里，故称 1980 年西安坐标系，又简称西安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站 19521979 年确定的黄海平均海水面（即 1985 国家高程基准） 。1980 西安坐标系的投影椭球为 IAG75， a=6378140，b=6356755.288 投影类型为横轴墨卡托投影(transvers
16、e)。 ENVI 中定义方法： （1） 选择 Map Customized Map Projection （2） 当出现 Customized Map Projection Definition 对话框时，键入一个新的投影名和参数。具体参数设置如下： 西安 80 坐标系的定义： Projection Name: 比如：xian80 -投影名称Projection Type: Transverse Mercator -投影类型 Projection Ellipsoid: User Defined a=6378140,b=6356755.288 -基准椭球 False Easting: 50000
17、0 -东伪偏移 False Northing: 0.000000 -北伪偏移 Latitude of projection origin: 0.000000 - 原点纬度Longitude of central meridian: 117 -中央经度 Scale_Factor: 1.000000 -比例系数 北京 54 坐标系参数如下： Projection Name: 比如：北京 54 -投影名称Projection Type: Transverse Mercator -投影类型 Projection Ellipsoid: Krassovsky False Easting: 500000 -
18、东伪偏移False Northing: 0.000000 -北伪偏移Latitude of projection origin: 0.000000 -原点纬度Longitude of central meridian: 117 -中央经度 Scale_Factor: 1.000000 -比例系数 北京本地独立坐标系参数如下： Projection Name: 比如：beijinglocal - 投影名称 Projection Type: Transverse Mercator -投影类型 Projection Ellipsoid: Krassovsky False Easting: 50000
19、0 -东伪偏移False Northing: 300000 -北伪偏移Latitude of projection origin: 39 51 56.757 -原点纬度Longitude of central meridian: 116 21 0.9065 -中央经度 Scale_Factor: 1.000000 -比例系数 （3） 一旦所有参数都被正确输入，选择 Projection Add New Projection 将投影添加到 ENVI 用的投影列表中。 当你关闭对话框时，可利用的投影将根据当前的 ENVI 设置发生改变。系统将提问你是否将这一投影存到 “map_proj.txt”
20、文件中。 要存储新的或更改过的投影信息，选择 File Save Projections 。 在 ENVI 目录结构中的 “map_proj.txt” 文件将发生改变，包含新的投影。这一文件也能用一些编辑器进行编辑达到上述改变定义的效果。 （4）选择 ProjectionLoad Existing Projection，出现 Map Projection Selection 对话框，选择任意坐标系，可以查看参数设置，也可以更改参数设置。 （5） 选择 File Cancel 退出这一功能。 ERDAS 中定义方法（以定义西安 80 坐标系为例） ERDAS 中添加椭球体和基准面： ERDAS
21、包含了一个能够自定义椭球体、基准面、投影方式的扩展库，通过这个扩展库，可以在 ERDAS 中添加任何可能存在的投影系统。基于以上 2 点，就可以将 IAG75 椭球的参数添加到 ERDAS 中，并且应用这个椭球对栅格数据进行投影变换。下面就来说明一下具体的添加过程。 1 在 ERDAS 安装目录下的 etc/spheroid.tab 文件是用来记载椭球体和基准面参数的。它是一个 TXT 文本文件，可以用文本编辑器对它进行修改，只要依照它的语法就可以任意添加自定义的椭球体和基准面参数。 基本语法为： “椭球名称” “椭球序号”椭球体长半轴 椭球体短半轴 “椭球名称” 0 0 0 0 0 0 0
22、“基准面名称 1” dx1 dy1 dz1 rx1 rz1 ds1 “基准面名称 2”dx2 dy2 dz2 rx2 rz1 ds2 . 其中：“基准面名称” dx dy dz rx rz ds 中，dx、dy、dz 是 x、y、z3 个轴对于 WGS84 基准点的平移参数，单位为 m。rx、ry、rz 是 x、y、z 、3 个轴对于WGS84 基准点的旋转参数，单位为 rad。Ds 是对于WGS84 基准点的比例因子。 在更多的情况下椭球的基准面是基于它本身的。这时假定椭球的中心点是与没有经过任何平移或旋转的 WGS84 的基准面相重合，即这时椭球基准面的 7个参数均为 0，即这时椭球基准面
23、的 7 个参数均为 0。我国在使用克拉索夫斯基椭球和 IAG75 椭球时就是用椭球体本身为基准。 在 spheroid.tab 文件末尾加入如下语句即可，假设 spheroid.tab 文件中最后一个椭球体序号为 73（可以在文件最后一个椭球体中读出序号） ，则加入： “IAG 75“ 74 6378140 6356755.2882 “xian 80“ 0 0 0 0 0 0 0 经过以上的操作 IAG75 椭球就会出现在 ERDAS 的椭球选择列表中。 2. 在 Viewer 中打开图像数据，Utility-layer info，在 projection info 栏中可以看到目前的数据投影
24、信息还不完整。点击 edit 菜单中的 change map model，在弹出窗口中将 unite 参数设为 meters，projection，参数设为Tansverse Mercator。接下来再点击 edit 菜单中的 Add/Change projection，在弹出对话框中将原始投影参数添加进去。 Custom Projection Type:Transverse Mercator Spheroid Name:IAG 75 Datum Name:xian80 Scale factor at central meridian:1.000000 Longitude of central meridian:117:00:00.000000000000 E Latitude of origin of projection:0:00:00.000000000000 N False easting:39500000.00000000000 meters False northing:0.00000000000000000 meters 添加 datum BeiJing-54，Krassovsky，-13，-113，-41 分别是三维坐标与 WGS84 坐标之差。
