Investigación sobre procesamiento de datos de imágenes de alta resolución y tecnología de construcción de bases de datos

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

Resumen: A través de la investigación y el desarrollo de procesamiento y procesamiento de datos de imágenes de teledetección satelital de alta resolución (SPOT5). tecnología de construcción de bases de datos, exploración y formulación de requisitos técnicos para el procesamiento de datos de imágenes de alta resolución y construcción de bases de datos de uso de la tierra basadas en imágenes de teledetección y estándares provinciales de bases de datos de uso de la tierra basados ​​en imágenes de teledetección 1:10000. Se produjo un mapa de ortoimagen digital 1:10.000 que cubre toda la provincia de Henan, y se creó una base de datos de imágenes gráficas de puntos de control de imágenes GPS basada en SPOT 5, una base de datos de imágenes satelitales de alta resolución y una base de datos de uso de la tierra de la provincia de Henan basada en información de imágenes. establecidos para la producción Se ha explorado útilmente el segundo mapa básico del estudio nacional del uso de la tierra.

Palabras clave: Tierra y recursos Imagen satelital Base de datos de teledetección Imagen Punto de control

0 Cita

Con el rápido desarrollo de la tecnología de la información, la tecnología de procesamiento de imágenes de teledetección por satélite Ha logrado grandes avances, la aplicación de imágenes satelitales de alta resolución en el estudio y evaluación de los recursos de la tierra, el monitoreo dinámico de la detección remota del uso de la tierra, el monitoreo de la aplicación de la ley sobre la tierra, la investigación de cambios de la tierra y la topografía y cartografía de mapas topográficos a gran escala han logrado avances notables. resultados.

En respuesta a las tareas de procesamiento de datos de imágenes de teledetección de alta resolución y construcción de bases de datos en la provincia de Henan, el equipo del proyecto propuso utilizar coordenadas medidas estáticas de campo GPS como datos de control para la corrección de datos de imágenes, y formuló el "Imágenes de alta resolución basadas en imágenes de teledetección", Requisitos técnicos para el procesamiento de datos y la construcción de bases de datos sobre el uso de la tierra" y "Estándares provinciales de bases de datos sobre el uso de la tierra basados ​​en imágenes de teledetección 1:10.000". De acuerdo con los requisitos de las tareas del proyecto, se estableció un sistema de clasificación del uso de la tierra basado en información de imágenes de sensores remotos adecuado para la provincia de Henan. Al mismo tiempo, durante el desarrollo del proyecto, se produjo un mapa ortofotográfico digital (DOM) que cubre la provincia de Henan, se estableció una base de datos de imágenes gráficas de los puntos de control de imágenes GPS en la provincia de Henan basada en SPOT 5 y se trabajó para Elaborar el mapa básico del segundo estudio de uso del suelo.

1 Ruta técnica para el procesamiento de datos de imágenes y construcción de bases de datos

(1) Información de teledetección multifuente. Las imágenes multiespectrales con combinaciones de bandas óptimas se fusionan con imágenes pancromáticas de alta resolución para producir imágenes fusionadas con información espacial de alta resolución e información espectral rica.

(2)2) Combinación de puntos de control de imagen GPS, mapa básico (base de datos) y DEM. De acuerdo con la situación real, se utilizan puntos de control de imágenes GPS y 1:50000 DEM para la ortorectificación de imágenes de detección remota.

(3) Combinación de interacción persona-computadora y extracción automática por computadora. Sobre la base de la interpretación de la interacción persona-computadora, se extrae información de clasificación de tierras.

(4) Combinación de interpretación de teledetección y estudio del terreno. Realice una verificación en el sitio de la información del mapa de tipo de terreno extraída y realice una investigación en el sitio sobre puntos inciertos del mapa de tipo de terreno interior.

Establecimiento de una base de datos de imágenes gráficas de puntos de control de imágenes GPS

Para garantizar la precisión de la selección de puntos de control de imágenes, en primer lugar, de acuerdo con los requisitos técnicos para la selección de puntos de control de imágenes, se seleccione uniformemente los puntos de control de imagen de cada escena y realice mediciones estáticas de campo completo en los puntos de control de imagen. Edite la estructura de atributos de los puntos de control de imágenes en la plataforma MapGIS, establezca una base de datos de imágenes gráficas de los puntos de control de imágenes GPS y guarde la tabla de resultados de medición de campo de los puntos de control de imágenes en la tabla de atributos en forma de imágenes. Como se muestra en la Figura 1.

Figura 1 Diagrama esquemático de la base de datos de imágenes gráficas del punto de control de imagen

2.1 Selección de puntos de control de imagen GPS

Para garantizar la precisión de la medición de campo del control de imagen puntos, al seleccionar Cuando se utilizan puntos de control de imagen, la distribución de puntos debe ser relativamente uniforme, las características deben ser obvias, el transporte debe ser conveniente y el número debe ser suficiente. Los puntos de control de imagen deben seleccionarse en imágenes a todo color tanto como sea posible para evitar factores de interferencia como líneas de alto voltaje y grandes áreas de agua.

Para mejorar la eficiencia de la medición de campo, los puntos de control de imagen seleccionados que se van a medir se generan en una "Tabla de resultados de medición de campo de puntos de control de imagen", que incluye el número de puntos de control de imagen y las ubicaciones de los puntos. y diagramas esquemáticos ampliados, WGS84, 1954 Beijing, 1980 Tres conjuntos de coordenadas y descripciones de puntos, etc.

2.2 Medición de campo del punto de control de imagen GPS

La medición de campo del punto de control de imagen Adopta el método de línea adjunta y el punto de control de imagen El espaciado promedio es de aproximadamente 13 km. Los puntos de control de imagen y los puntos de control GPS de nivel C forman una red de control GPS.

En la medición de campo de los puntos de control de imágenes GPS, se utilizaron como datos iniciales tres conjuntos de datos (respectivamente WGS 84, coordenadas de Beijing de 1954 y coordenadas de Xian de 1980) obtenidos de la red de control de GPS de nivel C de la provincia de Henan. De acuerdo con las especificaciones de medición del Sistema de Posicionamiento Global (GPS), se utilizan tres conjuntos de receptores GPS para realizar observaciones sincrónicas de manera estática, con un período de observación de no menos de 45 minutos y ángulos de altitud del satélite. Utilice el software de topografía y cartografía de Southern para realizar cálculos de referencia, ajustes y ajustes de elevación en los datos de medición. Finalmente, se calculan tres conjuntos de datos y elevaciones de ajuste de puntos de control de imagen en base a tres conjuntos de sistemas de coordenadas.

2.3 Establecimiento de la base de datos de imágenes gráficas del punto de control de imágenes GPS

La base de datos de imágenes gráficas del punto de control de imágenes GPS utiliza el mapa base geográfico 1:500.000 de la provincia de Henan como mapa base de trabajo. e introduce los puntos de control de imagen. Se recopilan las coordenadas espaciales de los puntos de control de imagen, y se recopilan los atributos y la información gráfica de los puntos de control de imagen para establecer archivos de imágenes gráficas de puntos de control de imagen con una base matemática unificada. La información de imagen gráfica de los puntos de control de imagen no solo incluye la información de coordenadas geográficas de los puntos de control de imagen, sino que también incluye la información de textura y la información de resolución de los rasgos característicos relacionados con la imagen a corregir.

3 Procesamiento de datos de imágenes

El procesamiento de datos de imágenes incluye el registro y la fusión de datos pancromáticos satelitales y datos multiespectrales, la ortorectificación de datos de imágenes y el empalme y producción de ortofotos. Los datos SPOT 5 utilizados en este proyecto son los datos 1A proporcionados por Shibao Company, que solo han sido procesados ​​mediante ecualización del detector. Para combinar múltiples tipos de datos y crear un mapa de ortofoto, es necesario corregir la ortofoto y establecer las coordenadas geográficas. El flujo técnico del procesamiento de datos de imágenes se muestra en la Figura 2.

Figura 2 Proceso técnico de procesamiento de datos de imágenes

3.1 Registro de imágenes

Los datos multiespectrales de una sola escena y los datos pancromáticos utilizados en este proyecto se reciben simultáneamente. El gráfico tiene buena correlación geométrica. El registro de datos multiespectrales y pancromáticos es difícil y la precisión no es alta, por lo que se utiliza el método de registro relativo. La combinación de bandas de datos multiespectrales de SPOT 5 adopta la forma de XS2 (rojo), XS3 (verde) y XS1 (azul). El intervalo de remuestreo de la imagen es de 2,5 m y el método de remuestreo utiliza interpolación bilineal. Tomando la escena como unidad de registro y los datos a todo color de SPOT 5 como base de registro, los puntos de control de registro se seleccionan de manera uniforme. Para áreas con grandes ángulos de visión del lado receptor y ondulaciones del terreno que afectan seriamente el registro, se aumenta la densidad de los puntos de control. en consecuencia para hacer SPOT 5 Los datos multiespectrales se registran con precisión con él, y los puntos con el mismo nombre se seleccionan aleatoriamente en los datos pancromáticos y multiespectrales registrados para su inspección y garantizar la precisión del registro de datos.

3.2 Fusión de imágenes

En la fusión de imágenes, el algoritmo de fusión de productos más básico se utiliza para sintetizar directamente datos de detección remota 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, el color de toda la imagen se vuelve uniforme, moderado y claro, y se mejora la información temática, especialmente la información de textura.

3.3 Ortorrectificación de imágenes

La ortorrectificación de imágenes adopta el módulo de ortorrectificación LPS de ERDAS y utiliza el modelo físico SPOT 5. Los veinticinco puntos de control de imagen en cada escena se distribuyen uniformemente en toda la imagen de la escena y las áreas superpuestas de escenas adyacentes tienen más de dos * * * puntos. La ortorrectificación se basa en puntos de medición reales y 1:50000 DEM. Los datos fusionados se ortorrectifican en unidades de escena y el intervalo de muestreo es de 2,5 m.

3.4 Unión de imágenes

Imagen El empalme utiliza el módulo de procesamiento por lotes en el módulo de proyección ortográfica LPS de ERDAS. Dos imágenes adyacentes recopilan más de dos puntos, lo que mejora en gran medida la precisión del empalme de imágenes. Para verificar la precisión del mosaico, se seleccionan aleatoriamente más de 25 puntos de control en el área del mosaico de un condado (ciudad, distrito) para verificar la precisión del mosaico.

3.5 Producción de mapas de ortofotos digitales

El mapa de ortofotos digitales (DOM) se produce utilizando la herramienta Información de imagen y se corta de acuerdo con el estándar 1:10.000 para cubrir toda la extensión administrativa a nivel del condado. región. De acuerdo con los "Requisitos técnicos para el procesamiento de datos de imágenes de alta resolución y la construcción de bases de datos", se completó un mapa estándar 1:10.000 utilizando la plataforma de base de datos MapGIS y basándose en el sistema de coordenadas de Beijing de 1954 y el punto de referencia de elevación nacional de 1985.

4 Logros de Innovación

Bajo la premisa de completar con éxito las tareas del proyecto, el equipo del proyecto llevó a cabo un trabajo creativo basado en el progreso del proyecto y las necesidades de gestión de la tierra.

Resumiendo el progreso y los logros del proyecto, los logros innovadores se reflejan principalmente en:

Usar (1) los datos medidos del campo GPS de los puntos de control de corrección de imagen como datos de control de corrección de imagen, cambiando el uso tradicional La utilización de mapas topográficos y mapas de estado de uso de la tierra (base de datos) como forma de controlar los datos, mejora en gran medida la precisión de la corrección de imágenes y ahorra inversiones en ingeniería.

Abarcando el mapa topográfico estándar 1:10.000 de la provincia de Henan, sólo hay más de 5.600 mapas topográficos. Con el consentimiento del equipo de investigación del ministerio, el equipo del proyecto propuso la idea de utilizar puntos de control de medición de campo GPS como datos de control de corrección de imágenes. Con base en esta idea, el equipo del proyecto llevó a cabo una serie de investigaciones y demostraciones, formuló requisitos técnicos para las mediciones de campo de GPS y seleccionó 25 puntos de control para cada imagen de satélite SPOT 5 que cubre la provincia de manera relativamente uniforme. menos de 2 puntos de control en escenas adyacentes. Se seleccionaron en toda la provincia un total de 1.421 puntos de control de corrección de imágenes y 94 puntos de nivel C de control geodésico GPS. Según el tiempo de recepción de los datos de la imagen y el progreso del proyecto, ** se dividió en 13 áreas de estudio. Todos los puntos de control se midieron estáticamente utilizando el método de línea adjunto, y el WGS84, 1954 Beijing y 1980 Xian, tres de cada punto de control y punto de control. fueron calculados.

(2) El establecimiento de una base de datos de imágenes gráficas de los puntos de control de imágenes en la provincia de Henan proporciona soporte técnico para el futuro monitoreo de sensores remotos del uso de la tierra y la aplicación y supervisión de la ley de películas satelitales en la provincia de Henan.

Con el fin de preservar los resultados del estudio de campo durante mucho tiempo para uso futuro, el equipo del proyecto estableció una base de datos de imágenes gráficas de puntos de control de imágenes GPS en la plataforma MapGIS basada en el mapa base geográfico 1:500.000 de Henan. Provincia. El establecimiento de la base de datos de imágenes gráficas de puntos de control de imágenes GPS no solo cumple con los requisitos de precisión de corrección de las imágenes satelitales de alta resolución SPOT 5_2.5 m, sino que también sienta las bases para el monitoreo de sensores remotos del uso de la tierra en el futuro, la inspección de aplicación de la ley con fotografías satelitales y minas. Monitoreo ambiental en la provincia de Henan.

(3) La exploración de la tecnología de procesamiento de mosaicos y ortorrectificación global de áreas grandes para datos de imágenes de alta resolución favorece la popularización de la tecnología de procesamiento por lotes de datos de imágenes.

Debido a la amplia gama de procesamiento de imágenes y la gran carga de trabajo de este proyecto piloto, el equipo del proyecto exploró el uso de la corrección general de área grande proporcionada por el módulo LPS del software profesional de procesamiento de imágenes de teledetección ERDAS mientras asegurando la precisión de la corrección de la imagen Las funciones de corrección de radiación y unión de imágenes han logrado buenos resultados de aplicación.

En vista de que los datos de imagen utilizados en este proyecto piloto son datos multiespectrales y pancromáticos SPOT 5 recibidos simultáneamente, y la correlación geométrica de sus gráficos es buena, el registro de datos multiespectrales y pancromáticos es Es difícil y muy preciso. Por lo tanto, el procesamiento de datos de imágenes adopta el proceso técnico de fusión de una sola escena, luego ortorectificación de área grande y finalmente registro de mosaico de área grande.

La corrección de ortoimagen utiliza el módulo de ortofoto por lotes LPS de ERDAS. El modelo físico de SPOT 5 se utiliza para la corrección. Los puntos de control se distribuyen uniformemente en toda la imagen de la escena. Cada escena tiene 25 puntos de control y el área superpuesta de imágenes adyacentes tiene más de 2 * * * puntos. La corrección de ortoimagen se basa en los puntos de control GPS medidos de la provincia de Henan y el DEM preprocesado 1:50.000, y los datos de fusión SPOT 5 se corrigen en lotes con un intervalo de muestreo de 2,5 m. La unión de imágenes adopta el módulo de procesamiento por lotes LPS de. ERDAS. Dado que cada imagen de escena adyacente recopila más de dos ** puntos, la precisión de la unión de imágenes mejora enormemente.

(4) El establecimiento de un sistema estándar de clasificación del uso de la tierra basado en información de imágenes de sensores remotos ha hecho exploraciones útiles para que los niveles nacional y provincial comprendan y extraigan rápidamente información sobre el cambio de uso de la tierra.

De acuerdo con los requisitos del equipo de investigación y las necesidades de la gestión de tierras nacional y provincial, el equipo del proyecto, después de una investigación y demostración exhaustivas, formuló estándares de clasificación de uso de la tierra basados ​​en información de imágenes de teledetección que son adecuados para La situación actual de Henan y cumple con los requisitos del proyecto piloto "Construcción de bases de datos y procesamiento de datos de imágenes de alta resolución". En esta norma, los tipos de uso de la tierra se dividen en tres categorías: tierras agrícolas, tierras de construcción y tierras no utilizadas. Las tierras cultivadas, las tierras de jardín, otras tierras agrícolas, las tierras urbanas, las tierras urbanas, las tierras residenciales rurales, las tierras ferroviarias, las tierras para carreteras, otras tierras de construcción y las tierras no utilizadas son 10 categorías secundarias. Además, de acuerdo con las características de los tipos de terreno individuales, cinco categorías de tercer nivel, que incluyen cinturones forestales de carreteras, terrenos para uso de agua agrícola, terrenos para instalaciones de conservación de agua, superficies de agua no utilizadas y llanuras aluviales del río Amarillo, se dividen en terrenos agrícolas y terrenos de construcción. y terrenos no utilizados respectivamente.

(5) La construcción de una base de datos sobre el uso de la tierra basada en imágenes de teledetección proporciona potentes datos electrónicos sobre el uso de la tierra para la macrogestión de la tierra a nivel nacional y provincial, y proporciona una base técnica para trabajos similares en mi país.

Considerando las necesidades de la macrogestión de la tierra a nivel nacional y provincial, basándose en el "Sistema de clasificación de uso de la tierra basado en imágenes de teledetección" desarrollado por el proyecto y combinado con el marco de la base de datos de uso de la tierra MapGIS de China Land Corporation. sistema de gestión, el equipo del proyecto Sobre la base de la plataforma del sistema de gestión de bases de datos MapGIS, se formularon respectivamente los "Requisitos técnicos para el procesamiento de datos de imágenes de alta resolución y la construcción de bases de datos" y el "Estándar de base de datos de uso de la tierra basado en imágenes de detección remota 1:10.000". y se aclaró en los estándares la clasificación de la tierra basada en imágenes de teledetección, las reglas de nomenclatura de archivos, los formatos y requisitos jerárquicos de los datos, garantizando la coherencia de los estándares y formatos de los datos y la calidad de la construcción de la base de datos, proporcionando datos precisos sobre el estado del uso de la tierra para el país. país y la provincia.

5 Conclusión

Con el rápido desarrollo de la tecnología de teledetección y la tecnología informática, la aplicación de datos de imágenes de teledetección de alta resolución en la gestión de la tierra se está volviendo cada vez más común. Al mismo tiempo, los medios técnicos para el procesamiento de datos de imágenes de teledetección se están volviendo cada vez más científicos y avanzados. Especialmente con el lanzamiento integral del segundo estudio territorial nacional, la aplicación de imágenes de teledetección en la gestión de la tierra ha alcanzado un nivel sin precedentes. altura. Por lo tanto, es particularmente importante reducir al máximo la inversión de recursos humanos y financieros en el proceso de procesamiento de datos de imágenes. Para resolver los problemas anteriores, durante el proceso de investigación y producción científica, este proyecto propuso utilizar puntos de control de medición de campo GPS como datos de control de corrección de imágenes, establecer una base de datos de datos de imágenes gráficas de puntos de control de imágenes GPS y un estándar de base de datos de uso de la tierra basado en información de imágenes de teledetección, y ha sido bien interpretada de acuerdo con las necesidades de la gestión territorial nacional y provincial, y ha proporcionado una exploración útil para trabajos similares en el futuro.

Haz el examen y haz una contribución

Chang Qingrui et al., 2004. Introducción a la tecnología de teledetección[M]. Beijing: Science Press.

Chen, et al. Investigación sobre el mecanismo de información por teledetección [M]. Beijing: Science Press.

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

Tang Guoan et al., 2004. Procesamiento de imágenes digitales por teledetección[M]. Beijing: Science Press.

Xu Dao. 1988. Tecnología de proyección ortográfica y mapa de imágenes [M]. Beijing: Prensa de topografía y cartografía.

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 "Boletín de topografía y cartografía", número 10, 2008)