摄影测量与遥感基础实习参考教材 - 图文

《摄影测量与遥感基础》实习参考教材（一）

利用ASTER立体像对提取DEM影像的研究与实践

1．概述22222222222222222222222222222222222222222222222222221 2．ASTER主要技术参数及数据类型22222222222222222222222222224 3．ASTER影像数据预处理2222222222222222222222222222222222226 4．DEM提取2222222222222222222222222222222222222222222222227 5．正射影像生成222222222222222222222222222222222222222222212 6．正射影像图制作2222222222222222222222222222222222222222217 7．其他DEM衍生产品制作2222222222222222222222222222222222217 8．结论与展望22222222222222222222222222222222222222222222226 参考文献2222222222222222222222222222222222222222222222222227

1.概述

1.1 研究背景和意义

随着航空航天遥感技术的发展，数字正射影像（DOM）已成为我们获取基础地理信息的重要途径之一，与以往的正射影像相比高分辨率卫星遥感正射影像具有动态获取快、成本低、现势性强、真是直观、兼具色彩与纹理二重性等优势。所谓正射影像，是指改正了因地形起伏和传感器误差而引起的像点位移的影像。数字正射影像图广泛应用于地图制图与更新、资源环境调查与动态监测、防灾减灾与公共设施建设规划等各个领域，所以根据卫片提取DEM并生成正射影像、制作正射影像图是有非常可观的实际应用意义的。

然而建立数字高程模型（DEM）是获取数字正射影像的基础。DEM是构成地形数据和进行地形分析的基础。与传统地形图相比，DEM具有易于以多种形式显示地形信息、精度不损失、易于实现自动化与实时化等特点，可以实现地形因子的自动提取，在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤等国民经济和国防建设以及自然科学和人文领域有着广泛的应用。

目前，世界上许多国家都积极建立了覆盖本国的DEM，并欲联手打造全球DEM。基于DEM的GIS事业正蓬勃的发展着，也渐渐深入到国民经济建设的各个领域。虽然对DEM的需求越来越大，但是截至到20世纪末，全球仍有20%地形起伏在200m以上的地区没有1:5万或更高精度的DEM。我国已经完成了1:400万、1:100万及1:25万比例尺DEM的建设，而更高精度的1:5万比例尺DEM也正在积极建设中。

地形测量一直是测绘领域研究的一个重要课题，传统的测量手段(地面测图，摄影测量)费时费力，利用卫星影像进行测图是现阶段研究的重点。目前人们研究较多的是Landsat影像测图，SPOT影像测图，Ikonos影像测图，但是现在用于立体测图的卫星数据往往是异轨立体成像。异轨立体成像因为立体像对是在不同时段获得的，由于时间不一致，地面可能发生变化，也可能由于云的遮挡，无法构成立体像对， 或是差别太大，影像无法匹配， 这也造成测图成本的提高 。对于一些无图的地区和一些多光谱的传感器数据处理(如MODIS的正射纠正)，地形数据又是不可缺少的。仅仅依靠异轨立体测图是不能解决问题的，ASTER数据则可以满足这种需求[2]。

[1]

1.2 国内外研究现状

1.2.1 DEM构建现状

DEM是一定区域范围内规则格网点的平面坐标及其高程的数据集或经度、纬度数据集。DEM用途广泛，在国民经济和国防建设以及自然科学和人文领域等都需要DEM的支撑。既有的DEM构建有以下几种途径：

⑴通过将野外实测得到离散地面点数据直接用于构建TIN，然后转换为DEM； ⑵利用地形数字化构建DEM；

⑶采用数字摄影测量法利用航摄立体像对构建DEM； ⑷使用卫星遥感图像立体像对提取DEM。

上述DEM都建方法各具优缺点，前三种方法精度较高，但需投入大量的人力物力，且数据获取周期长；而第四种方法利用卫星影像立体像对以获取DEM，可以直接对研究区域进行观测，其数据周期短，资金投入少。随着微型传感器及相关技术的不断发展，利用立体像对所提取的DEM精度也越来越高，如使用SPOT数据生成的DEM精度可达到10m以内，而星载INSAR生成的DEM精度可达到米级，且平坦地区的精度优于山区的精度[3]。

2009年6月30日，美国航天局（NASA）与日本经济产业省（METI）共同推出了最新的地球电子地形数据ASTER GDEM（先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型），该数据是根据NASA的新一代对地观测卫星Terra的详尽观测结果制作完成的。这一全新地球数字高程模型包含了ASTER传感器搜集的130万个立体图像。

ASTERGDEM是采用全自动化的方法对150万景的ASTER存档数据进行处理生成的，其中包括通过立体相关生成的1264118个基于独立场景的ASTERDEM数据，再经过去云处理，出去残余的异常值，取平均值，并以此作为ASTER GDEM对应区域的最后像素值。纠正剩余的异常数据，再按1°31°分片，生成全球ASTER GDEM数据。

1.2.2 正射影像图研究现状

目前国内航片制作数字正射影像的方法有以下几种：采用全数字摄影测量工作站（JX4或Virtvzo）制作、采用单片微分纠正软件（Geoway DOM或GEOimage等）、多项式纠正软件（Geoway）等。PCI Geomatica是加拿大PCI公司开发的

用于遥感图像处理、GIS分析、摄影测量和制图输出的多功能软件系统，用它来制作数字正射影像更加经济实惠、方便快捷。

数字正射影像的应用：①用于测绘生产：利用正射影像图勾绘地物图形进行地形图生产，也可以用于修测地形图②在城市规划设计、建设和管理中，数字正射影像图提供了大量的信息，以直观详实的影像反映了许多实地踏勘中的盲点，利用数字正射影像可以更真实。直观地了解城市的地形地貌及环境状况。同时，利用数字正射影像图作为规划底图，是规划内容与周边环境的关系更加清晰，在旧区改造、历史古建筑保护、城市重点区域和地区标志性建筑的规划设计中可以发挥十分重要的作用③由于正射影像产品具有地形图垂直投影的特性，但它又比地形图更直观，无须了解专业知识就可以识别图中内容，使其具有更广阔的服务空间④利用数字正射影像制作三维景观模型，传统的城市景观模型是以纸板或其他材料制作的非数字式模型，想做得逼真，费时费钱。用数字正射影像制作三维景观具有非常广阔的发展前景[4]。

1.3 主要研究内容及技术路线

图1.1 研究内容及技术路线

本文先用ENVI4.6软件对ASTER影像进行预处理，提取出想要的多光谱影像，并且提取DEM；然后在PCI中进行正射校正，生成正射影像；最后利用提取的DEM制作地形图、正射影像。

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