水文地質(zhì)
水文地質(zhì)遙感影像圖制作的方法
文章來源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時(shí)間:2021-11-03 13:46:20瀏覽次數(shù):1340
水文地質(zhì)遙感制圖是以遙感數(shù)據(jù)或圖像為信息員,一目視解意、機(jī)助解譯和計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別提取的各種水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)等專題要素、圖形、數(shù)據(jù)位編輯對(duì)象,在水文地質(zhì)和要干專業(yè)理論的指導(dǎo)下,按照制圖的原則,編制相關(guān)專題圖件的過程。
水文地質(zhì)遙感解譯圖件反映某一個(gè)時(shí)代水文地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)等特征及其演變的遙感信息,是水文地質(zhì)調(diào)查成果的重要組成部分。
遙感影像圖制作有哪些:
(一)遙感影像圖的基本用途
遙感影像圖可以真實(shí)、直觀地提供調(diào)查區(qū)的宏觀景觀影像,既是室內(nèi)遙感解譯重要依據(jù)、野外調(diào)查的工作手圖,同時(shí)也是各類遙感專題圖件的基本載體c因此,遙感影像圖的制作是水文地質(zhì)遙感調(diào)查的基礎(chǔ)性工作,通常被列為調(diào)查的目標(biāo)任務(wù)之一。
用于制作遙感影像圖的數(shù)據(jù)必須適應(yīng)水文地質(zhì)遙感調(diào)查的任務(wù)要求,具有較好的影像質(zhì)量。遙感影像圖的比例尺應(yīng)根據(jù)任務(wù)要求、數(shù)據(jù)源特點(diǎn)和影像圖具體用途確定,一般情況下應(yīng)與調(diào)查比例尺一致。在數(shù)據(jù)源空間分辨率許可時(shí),室內(nèi)解譯用圖與野外調(diào)查手圖的比例尺可以放大一級(jí);調(diào)查區(qū)面積較大時(shí),用于反映全區(qū)宏觀景觀特征的影像圖的比例尺可適當(dāng)縮小。
(二)遙感影像圖合成波段的選擇
用于水文地質(zhì)調(diào)查的衛(wèi)星遙感影像圖通常由不少于3個(gè)波段的數(shù)據(jù)合成。為了對(duì)調(diào)查目標(biāo)有較好的識(shí)別和分類的效果,選取的波段應(yīng)能最大限度地反映目標(biāo)物的典型光譜特征,而且波段間有較小的相關(guān)性。
(三)遙感影像圖數(shù)據(jù)類型的確定
遙感影像數(shù)據(jù)是水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)遙感調(diào)查的基本信息源。在地形高差較小的地區(qū),或水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)要素特征較明顯的地區(qū),可直接使用進(jìn)行過數(shù)據(jù)輻射校正和幾何校正等預(yù)處理的遙感影像數(shù)據(jù);在地形高差較大,或水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)要素特征不夠明顯的地區(qū),應(yīng)使用正射影像數(shù)據(jù)。
(四)遙感影像圖制作方法
1.遙感數(shù)據(jù)的噪聲處理和波段配準(zhǔn)
遙感影像圖制作前需要對(duì)選定的遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲處理和波段配準(zhǔn)。圖像噪聲可采用低通濾波或其他濾波方法消除。
同一景、同~時(shí)相衛(wèi)星圖像不同波段間的地理錯(cuò)位,一般可通過水平或垂直方向平移圖像,實(shí)現(xiàn)波段間的配準(zhǔn)。不同衛(wèi)星接收的遙感圖像,由于遙感器成像機(jī)理、空間分辨率、瞬時(shí)視場等方面的差異,圖像像元間不存在完全的對(duì)應(yīng)關(guān)系,圖像間的配準(zhǔn)比較復(fù)雜,需要根據(jù)具體情況選擇合適的方法。
2.影像幾何精糾正
用于水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)遙感調(diào)查的數(shù)據(jù)通常已由數(shù)據(jù)提供部門(如衛(wèi)星地面接收站)對(duì)遙感器性能及地球曲率、自轉(zhuǎn)等原因引起的系統(tǒng)幾何畸變進(jìn)行了常規(guī)的幾何校正處理(常稱粗校正)。遙感影像圖制作前的幾何糾正是指對(duì)影像數(shù)據(jù)中仍殘剩的非系統(tǒng)幾何畸變進(jìn)行幾何校正處理(常稱精校正)。
遙感圖像的幾何精校正是將圖像坐標(biāo)按一定的精度要求變換到地形圖的地理坐標(biāo)系中,并按新圖像像元的大小,通過重采樣獲得新像元亮度值的過程。具體做法分以下兩步!
1)控制點(diǎn)選擇與圖像擬合。幾何精校正的實(shí)質(zhì)是利用地面控制點(diǎn)資料對(duì)遙感圖像的幾何畸變進(jìn)行校正。地面控制點(diǎn)資料可從地形圖上選取,或從測繪部門獲得,從地形圖上選取控制一點(diǎn)應(yīng)滿足下列條件:①地形圖的比例尺應(yīng)不小于水文地質(zhì)遙感調(diào)查的比例尺。
②所選的控制點(diǎn)位在地形圖及遙感圖像上均能正確識(shí)別和定位,一般宜選擇不易變化的特征點(diǎn),如道路交叉點(diǎn)、橋梁、水壩等地物,其圖像應(yīng)清晰。③控制點(diǎn)位應(yīng)盡可能分布在圖像中心點(diǎn)附近及8個(gè)象限中。④每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖幅所選控制點(diǎn)總數(shù)控制在13 - 16個(gè)為宜。
校正時(shí)先依據(jù)地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)建立起畸變圖像空間與標(biāo)準(zhǔn)地理制圖空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,然后以這種對(duì)應(yīng)關(guān)系用一個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型(通常為二元多項(xiàng)式)通過擬合方法,把原圖像(畸變圖像空間)中的全部像元變換到新圖像(標(biāo)準(zhǔn)地理制圖空間)中。
控制點(diǎn)擬合中誤差一般要求不大于1.5個(gè)像元。若擬合誤差超出了規(guī)定要求,則需要選取新的控制點(diǎn),重新進(jìn)行擬合并計(jì)算擬合中誤差,直至達(dá)到要求的精度為止。
2)像元的重采樣。變換后在新圖像中重新定位的像元點(diǎn),對(duì)應(yīng)于變換前原圖像中位置的行列編號(hào)通常不再是整數(shù),因此需要根據(jù)新圖像各像元在原圖像中的位置,對(duì)原圖像按一定規(guī)則重新采樣,進(jìn)行點(diǎn)位亮度值的插值計(jì)算。最常用的插值方法有鄰近點(diǎn)位法、雙線性內(nèi)插法和立方卷積內(nèi)插法等。
3.圖像鑲嵌
遙感影像圖制作過程中常常因?yàn)楣ぷ鲄^(qū)超出了單景遙感圖像覆蓋的范圍,需要將互相鄰接的多幅圖像按幾何位置拼接成一幅完整的圖像。這個(gè)過程稱為圖像鑲嵌。用數(shù)字圖像處理方法拼接圖像則稱為數(shù)字圖像鑲嵌,其主要任務(wù)是對(duì)需要拼接的圖像進(jìn)行幾何配準(zhǔn)和色調(diào)的匹配,具體步驟包括:圖像選擇、重疊區(qū)影像幾何配準(zhǔn)、重疊區(qū)亮度匹配、拼接邊
選擇和拼接區(qū)亮度平滑。
1)圖像選擇。在待拼接的圖像中通常將工作區(qū)的主體圖像或時(shí)相、色調(diào)、影像質(zhì)量等具代表性的圖像確定為參考圖像,其他將與之拼接的圖像則稱為被鑲嵌圖像。拼接時(shí)都依參考圖像的幾何空間位置和色調(diào)為基準(zhǔn),將被鑲嵌圖像逐一拼接到參考圖像上。
2)重疊區(qū)影像幾何配準(zhǔn)。在兩景圖像的重疊區(qū)中通過一一對(duì)應(yīng)地尋找若干組同名地點(diǎn)(也稱鑲嵌控制點(diǎn))的像元坐標(biāo),建立起該重疊區(qū)兩圖像空間坐標(biāo)間的映射關(guān)系, 再采用多項(xiàng)式擬合的方法,達(dá)到兩景圖像相接像元的幾何配準(zhǔn)。多項(xiàng)式擬合的均方差越小,幾何配準(zhǔn)的精度越高。通常要求擬合均方差應(yīng)小于1個(gè)像元,使水系、道路和山脊線 等線性地物的拼接處沒有錯(cuò)位。
在進(jìn)行大范圍多景圖像的鑲嵌處理時(shí),要特別注意累積的誤差或個(gè)別低精度圖像可能會(huì)造成被鑲嵌圖像幾何形態(tài)的扭曲變形。出現(xiàn)這種情況時(shí),需要開辟新的拼接區(qū)進(jìn)行鑲嵌,并劃分子區(qū)對(duì)圖像進(jìn)行幾何精校正,以保證圖像的幾何精度。
3)重疊區(qū)亮度匹配。亮度匹配的目的是盡可能地消除不同時(shí)相圖像拼接時(shí)會(huì)出現(xiàn)的色調(diào)差異,以保證鑲嵌后圖像的色調(diào)整體上協(xié)調(diào)一致。最常用的亮度匹配方法是直方圖匹配法。即以參考圖像的像元亮度值直方圖為基準(zhǔn),調(diào)節(jié)被鑲嵌圖像的像元亮度值直方圖,使兩者的特征盡量地接近。
4)拼接邊選擇。為了盡可能地消除兩景圖像拼接后出現(xiàn)明顯的色彩跳躍而造上的“拼接縫”,通常選擇沿地物自然邊界的折線或曲線作為拼接邊。
5)拼接區(qū)亮度平滑。圖像鑲嵌后,拼接線兩側(cè)圖像的色調(diào)仍然會(huì)有一定程度的差異,影響鑲嵌圖像的整體效果。因此,通常需在拼接邊兩側(cè)一定寬度內(nèi)采用“羽化”的方法進(jìn)行亮度值平滑。
4.圖面整飾
圖面整飾分為圖廓整飾和圖外整飾兩部分。圖廓整飾內(nèi)容包括內(nèi)圖廓、外圖廓繪制和經(jīng)緯網(wǎng)注記;圖外整飾內(nèi)容則包括標(biāo)注圖名、數(shù)字比例尺和線段比例尺、圖例、圖幅接圖表、圖像拼接表、圖像制作說明、編圖責(zé)任表等。
5.遙感影像圖的精度評(píng)價(jià)
評(píng)價(jià)影像圖整體地理定位精度的方法是在圖上均勻地隨機(jī)抽取一定數(shù)量的檢測點(diǎn),讀取它們的坐標(biāo)值;同時(shí)在比例尺大一級(jí)(或以上)的地形圖或?qū)n}圖上讀取這些檢測點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置的坐標(biāo)值作為真值。
(五)遙感正射影像圖的制作
工作區(qū)位于地形高差較大的地區(qū)時(shí),采用一般的控制點(diǎn)-多項(xiàng)式擬合方法不能糾正地形高差引起的像點(diǎn)平面位移,需要使用相對(duì)應(yīng)比例尺的數(shù)字高程模型(DEM),改正由地形投影差帶來的誤差,制作正射影像圖。
(六)三維遙感影像圖以形象地顯示地表各種水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)要素,給人以身臨其境的感覺,在水文地質(zhì)遙感調(diào)查與監(jiān)測中越來越廣泛地應(yīng)用。
根據(jù)調(diào)查和實(shí)用的要求,三維遙感影像圖可以隨意選定入視角的大小、方向和高程比例,也可以疊加地理、人文、專題等要素的符號(hào)和注記。
水文地質(zhì)遙感解譯圖件反映某一個(gè)時(shí)代水文地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)等特征及其演變的遙感信息,是水文地質(zhì)調(diào)查成果的重要組成部分。
遙感影像圖制作有哪些:
(一)遙感影像圖的基本用途
遙感影像圖可以真實(shí)、直觀地提供調(diào)查區(qū)的宏觀景觀影像,既是室內(nèi)遙感解譯重要依據(jù)、野外調(diào)查的工作手圖,同時(shí)也是各類遙感專題圖件的基本載體c因此,遙感影像圖的制作是水文地質(zhì)遙感調(diào)查的基礎(chǔ)性工作,通常被列為調(diào)查的目標(biāo)任務(wù)之一。
用于制作遙感影像圖的數(shù)據(jù)必須適應(yīng)水文地質(zhì)遙感調(diào)查的任務(wù)要求,具有較好的影像質(zhì)量。遙感影像圖的比例尺應(yīng)根據(jù)任務(wù)要求、數(shù)據(jù)源特點(diǎn)和影像圖具體用途確定,一般情況下應(yīng)與調(diào)查比例尺一致。在數(shù)據(jù)源空間分辨率許可時(shí),室內(nèi)解譯用圖與野外調(diào)查手圖的比例尺可以放大一級(jí);調(diào)查區(qū)面積較大時(shí),用于反映全區(qū)宏觀景觀特征的影像圖的比例尺可適當(dāng)縮小。
(二)遙感影像圖合成波段的選擇
用于水文地質(zhì)調(diào)查的衛(wèi)星遙感影像圖通常由不少于3個(gè)波段的數(shù)據(jù)合成。為了對(duì)調(diào)查目標(biāo)有較好的識(shí)別和分類的效果,選取的波段應(yīng)能最大限度地反映目標(biāo)物的典型光譜特征,而且波段間有較小的相關(guān)性。
(三)遙感影像圖數(shù)據(jù)類型的確定
遙感影像數(shù)據(jù)是水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)遙感調(diào)查的基本信息源。在地形高差較小的地區(qū),或水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)要素特征較明顯的地區(qū),可直接使用進(jìn)行過數(shù)據(jù)輻射校正和幾何校正等預(yù)處理的遙感影像數(shù)據(jù);在地形高差較大,或水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)要素特征不夠明顯的地區(qū),應(yīng)使用正射影像數(shù)據(jù)。
(四)遙感影像圖制作方法
1.遙感數(shù)據(jù)的噪聲處理和波段配準(zhǔn)
遙感影像圖制作前需要對(duì)選定的遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲處理和波段配準(zhǔn)。圖像噪聲可采用低通濾波或其他濾波方法消除。
同一景、同~時(shí)相衛(wèi)星圖像不同波段間的地理錯(cuò)位,一般可通過水平或垂直方向平移圖像,實(shí)現(xiàn)波段間的配準(zhǔn)。不同衛(wèi)星接收的遙感圖像,由于遙感器成像機(jī)理、空間分辨率、瞬時(shí)視場等方面的差異,圖像像元間不存在完全的對(duì)應(yīng)關(guān)系,圖像間的配準(zhǔn)比較復(fù)雜,需要根據(jù)具體情況選擇合適的方法。
2.影像幾何精糾正
用于水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)遙感調(diào)查的數(shù)據(jù)通常已由數(shù)據(jù)提供部門(如衛(wèi)星地面接收站)對(duì)遙感器性能及地球曲率、自轉(zhuǎn)等原因引起的系統(tǒng)幾何畸變進(jìn)行了常規(guī)的幾何校正處理(常稱粗校正)。遙感影像圖制作前的幾何糾正是指對(duì)影像數(shù)據(jù)中仍殘剩的非系統(tǒng)幾何畸變進(jìn)行幾何校正處理(常稱精校正)。
遙感圖像的幾何精校正是將圖像坐標(biāo)按一定的精度要求變換到地形圖的地理坐標(biāo)系中,并按新圖像像元的大小,通過重采樣獲得新像元亮度值的過程。具體做法分以下兩步!
1)控制點(diǎn)選擇與圖像擬合。幾何精校正的實(shí)質(zhì)是利用地面控制點(diǎn)資料對(duì)遙感圖像的幾何畸變進(jìn)行校正。地面控制點(diǎn)資料可從地形圖上選取,或從測繪部門獲得,從地形圖上選取控制一點(diǎn)應(yīng)滿足下列條件:①地形圖的比例尺應(yīng)不小于水文地質(zhì)遙感調(diào)查的比例尺。
②所選的控制點(diǎn)位在地形圖及遙感圖像上均能正確識(shí)別和定位,一般宜選擇不易變化的特征點(diǎn),如道路交叉點(diǎn)、橋梁、水壩等地物,其圖像應(yīng)清晰。③控制點(diǎn)位應(yīng)盡可能分布在圖像中心點(diǎn)附近及8個(gè)象限中。④每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖幅所選控制點(diǎn)總數(shù)控制在13 - 16個(gè)為宜。
校正時(shí)先依據(jù)地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)建立起畸變圖像空間與標(biāo)準(zhǔn)地理制圖空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,然后以這種對(duì)應(yīng)關(guān)系用一個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型(通常為二元多項(xiàng)式)通過擬合方法,把原圖像(畸變圖像空間)中的全部像元變換到新圖像(標(biāo)準(zhǔn)地理制圖空間)中。
控制點(diǎn)擬合中誤差一般要求不大于1.5個(gè)像元。若擬合誤差超出了規(guī)定要求,則需要選取新的控制點(diǎn),重新進(jìn)行擬合并計(jì)算擬合中誤差,直至達(dá)到要求的精度為止。
2)像元的重采樣。變換后在新圖像中重新定位的像元點(diǎn),對(duì)應(yīng)于變換前原圖像中位置的行列編號(hào)通常不再是整數(shù),因此需要根據(jù)新圖像各像元在原圖像中的位置,對(duì)原圖像按一定規(guī)則重新采樣,進(jìn)行點(diǎn)位亮度值的插值計(jì)算。最常用的插值方法有鄰近點(diǎn)位法、雙線性內(nèi)插法和立方卷積內(nèi)插法等。
3.圖像鑲嵌
遙感影像圖制作過程中常常因?yàn)楣ぷ鲄^(qū)超出了單景遙感圖像覆蓋的范圍,需要將互相鄰接的多幅圖像按幾何位置拼接成一幅完整的圖像。這個(gè)過程稱為圖像鑲嵌。用數(shù)字圖像處理方法拼接圖像則稱為數(shù)字圖像鑲嵌,其主要任務(wù)是對(duì)需要拼接的圖像進(jìn)行幾何配準(zhǔn)和色調(diào)的匹配,具體步驟包括:圖像選擇、重疊區(qū)影像幾何配準(zhǔn)、重疊區(qū)亮度匹配、拼接邊
選擇和拼接區(qū)亮度平滑。
1)圖像選擇。在待拼接的圖像中通常將工作區(qū)的主體圖像或時(shí)相、色調(diào)、影像質(zhì)量等具代表性的圖像確定為參考圖像,其他將與之拼接的圖像則稱為被鑲嵌圖像。拼接時(shí)都依參考圖像的幾何空間位置和色調(diào)為基準(zhǔn),將被鑲嵌圖像逐一拼接到參考圖像上。
2)重疊區(qū)影像幾何配準(zhǔn)。在兩景圖像的重疊區(qū)中通過一一對(duì)應(yīng)地尋找若干組同名地點(diǎn)(也稱鑲嵌控制點(diǎn))的像元坐標(biāo),建立起該重疊區(qū)兩圖像空間坐標(biāo)間的映射關(guān)系, 再采用多項(xiàng)式擬合的方法,達(dá)到兩景圖像相接像元的幾何配準(zhǔn)。多項(xiàng)式擬合的均方差越小,幾何配準(zhǔn)的精度越高。通常要求擬合均方差應(yīng)小于1個(gè)像元,使水系、道路和山脊線 等線性地物的拼接處沒有錯(cuò)位。
在進(jìn)行大范圍多景圖像的鑲嵌處理時(shí),要特別注意累積的誤差或個(gè)別低精度圖像可能會(huì)造成被鑲嵌圖像幾何形態(tài)的扭曲變形。出現(xiàn)這種情況時(shí),需要開辟新的拼接區(qū)進(jìn)行鑲嵌,并劃分子區(qū)對(duì)圖像進(jìn)行幾何精校正,以保證圖像的幾何精度。
3)重疊區(qū)亮度匹配。亮度匹配的目的是盡可能地消除不同時(shí)相圖像拼接時(shí)會(huì)出現(xiàn)的色調(diào)差異,以保證鑲嵌后圖像的色調(diào)整體上協(xié)調(diào)一致。最常用的亮度匹配方法是直方圖匹配法。即以參考圖像的像元亮度值直方圖為基準(zhǔn),調(diào)節(jié)被鑲嵌圖像的像元亮度值直方圖,使兩者的特征盡量地接近。
4)拼接邊選擇。為了盡可能地消除兩景圖像拼接后出現(xiàn)明顯的色彩跳躍而造上的“拼接縫”,通常選擇沿地物自然邊界的折線或曲線作為拼接邊。
5)拼接區(qū)亮度平滑。圖像鑲嵌后,拼接線兩側(cè)圖像的色調(diào)仍然會(huì)有一定程度的差異,影響鑲嵌圖像的整體效果。因此,通常需在拼接邊兩側(cè)一定寬度內(nèi)采用“羽化”的方法進(jìn)行亮度值平滑。
4.圖面整飾
圖面整飾分為圖廓整飾和圖外整飾兩部分。圖廓整飾內(nèi)容包括內(nèi)圖廓、外圖廓繪制和經(jīng)緯網(wǎng)注記;圖外整飾內(nèi)容則包括標(biāo)注圖名、數(shù)字比例尺和線段比例尺、圖例、圖幅接圖表、圖像拼接表、圖像制作說明、編圖責(zé)任表等。
5.遙感影像圖的精度評(píng)價(jià)
評(píng)價(jià)影像圖整體地理定位精度的方法是在圖上均勻地隨機(jī)抽取一定數(shù)量的檢測點(diǎn),讀取它們的坐標(biāo)值;同時(shí)在比例尺大一級(jí)(或以上)的地形圖或?qū)n}圖上讀取這些檢測點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置的坐標(biāo)值作為真值。
(五)遙感正射影像圖的制作
工作區(qū)位于地形高差較大的地區(qū)時(shí),采用一般的控制點(diǎn)-多項(xiàng)式擬合方法不能糾正地形高差引起的像點(diǎn)平面位移,需要使用相對(duì)應(yīng)比例尺的數(shù)字高程模型(DEM),改正由地形投影差帶來的誤差,制作正射影像圖。
(六)三維遙感影像圖以形象地顯示地表各種水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)要素,給人以身臨其境的感覺,在水文地質(zhì)遙感調(diào)查與監(jiān)測中越來越廣泛地應(yīng)用。
根據(jù)調(diào)查和實(shí)用的要求,三維遙感影像圖可以隨意選定入視角的大小、方向和高程比例,也可以疊加地理、人文、專題等要素的符號(hào)和注記。