DEM分辨率和控制点数量对海岸带遥感影像正度的影响
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摘要：我们在使海岸带均匀分布的情况下，对分别使用SRTM90m，1：5万dem对3景SPOT一5影像进行数据测量，分别展开6个，9个，12个控制点的影像正射实验。实验结论说明在海岸带进行6个地面控制点就可以保证较高精度，控制点增加并不能明显提高精度；SRTM90m比1：5万DEM精确度稍低一点，但没有明显的劣势。在没有1：5万DEM的时候，我们用SRTM90m也可以满足实验精度要求。
中图分类号：TP751 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）03-0255-02
由于我们实验区域大部分都是山地丘陵，地面起伏很大，会造成比较大的偏移位差，因此需要采用正射校正。
影响校正结果的主要因素是DEM分辨率以及控制点数量。最佳的控制点数量可以大大提高工作效率节约时间和控制人工成本。我们现在使用的的1：5万DEM不能把整个实验区全部覆盖，而不能覆盖的我们能否用其他的数据1：5万DEM呢？我们需要做实验来进行证。
我们根据海岸带影像特征进行地面控制点的采集与设计，并且在6个，9个以及12个控制点的分别对两种DEM数据对SPOT一5影像进行了很多次的校正实验，分析出了DEM分辨率和控制点多少对遥感影像正射校正精确度的影响，从而为选取最佳的地面控制点和最佳的DEM分辨率提供依据。
1 数据
（1）遥感形象。轨道号为292―274，292-279以及290-274（以下称为轨道号）选为3景SPOT-5影像卫星在2003年之后拍摄的1A级数据位标准，它覆盖的地方大部分为山区丘陵，必须的对数据进行校正。影像的多普光为10m，全色2.5m，云覆盖率小于10%，影像清晰且富有层次感。（2）DEM数据。DEM1：5万数据：数据由航拍而来，使用西安1980坐标系统，分辨率是25m，数据经过坐标转换为WGS84坐标系，存储方式为ARC/INFO GRID。SRTM90m数据：数据是由NASA，NIMA提供，分辨率是90m，使用WGS84坐标系统，存储方式为TIFF。
2 方法
2.1 设计控制点
地面控制点是使地理位置在地图上能够精确表示出来，地面控制点的分布，数量以及质量等等一系列指标直接对校正的可靠性和精确度产生影响。地面控制点选择的位置一定要易于定位，周围空间没有高大建筑物，便于GPS的使用。由于实验的区域范围大，而且沿海海岸带呈条带状，传统的控制设计方法并不适合这个实验，我们提出如下方法：
（1）控制点分布的原则。通过我们调查和收集资料表明，遥感影像都含有水域和陆地两部分，而我们在水域中是无法设置地面控制点的均匀分布的。我们以海岸线为基准线，控制点的边界向陆地缓冲10km，第一可以实现对所研究的区域实现全面的控制；第二也可以提高工作效率使工作成本降低。海岸线比较弯曲的地方我们根据它的实际弯曲程度来设置控制点，从而达到控制整个区域的效果。针对那些有海岛我们不能登陆的海岛影像，我们则在离海岛最近的海岸线上布设地面控制点。对于我们能够登岛的要尽量去岛上进行布设地面控制点，从而提高对海岛快速、精确的定位；而对于相邻的两影像，它们之间有重叠的区域，我们可以选取它们的公共区域作为公共控制点，来保证以后影像工作的顺利对接。（2）数量要求。为了达到要求，地面控制点数量一定要比校正模型的结算要求多。一控制点数量刚刚好达不到校正的精度要求；二控制点太多对提高校正精度没有效果，反而使选择地面控制点的测量工作量增加，也大大降低了工作效率。另外还要适当布设一些检测点，便于检测模型的校正精度。为了避免测量错误而导致整个工程重来和确保精度的目的，我们以15个景象设计点为一组作为地面控制点，每组控制点中要包括两个距离很近的点，进而有效的保证误差过来的错误。
2.2 选择控制点采集仪器
中国沿海地区大部分采用的是RBN/DGPS系统，采用这个系统的原因是便于实现快速单机定位，用户离站越近，定位精度越高，随着用户离站的距离越远，定位精度也随着降低。亚米级接收机――DSM232DGPS是由美国天宝公司生产的，精度优于2m，误差在1m以内，而且它携带方便，价格适合，测量效率高。基于以上优点所以我们使用DSM232DGPS接收机作为地面控制点采集器。
2.3 影像的正射校正
正射校正的原理是化整为零的思想，及将影像划分成许多微小的区域，根据相关参数和一定的数学模型求出控制点的解。然后可以使用DEM对原始的影像进行校正，使其转化成正射影像。因为我们充分使用了DEM数据，从而有效修正了由于地面的起伏不平而引起的像点位置偏移的缺陷。
实验区域多为山地丘陵地带，在保证控制点均匀分布的基础上，我们实验实验使用SRTM90m和1：5万DEM数据并且采取6个，9个和12个地面控制点进行正射校正实验。
3 结果分析
由于我们使用了6个，9个，12个控制点以及SRTM90m和1：5万DEM两种分辨率对3景SPOT-5影像进行了一共18次正射校正实验。实验结果表明，检测点和控制点的误差都小于一个影像元，并且最大误差都小于2个影像元，这完全满足实验的要求。
（1）从全体来看，控制点的增加减小了误差，但却增加了检查点误差，它们的增大和减小值范围都在0.3个像元以内，可以忽略。所以，对于以传感器物理模型为基准的影像校正，利用6个控制点既能确保精度，有可以把平均误差控制在小于1个像元以内，最大误差可以控制在2个像元以内。虽然选择更多的控制点可以提高校正精度，但会由于控制点的增多而增大许多工作量，从而使工作效率大大降低。因此我们需要根据工程项目对于精度的要求来选择需要设置多少个控制点。（2）DEM分辨率对校正精度的影响。从检测点的中误差和最大误差上来看，SRTM90m校正精度略低；从控制点的中误差和最大误差上来看，SRTM90m比1：5万DEM数据校正精度略低，但是最大的误差也远远小于0.25个像元。就第3景影像而言，从中误差和最大误差上来看，SRTM90m比1：5万DEM数据校正精度略好，而且最大差别也0.05个像元；从检测点的中误差和最大误差来看，SRTM90m没有明显的劣势。
综上所述，就对影像的校正精度而言1：5万DEM略高但是没有明显优势，所以在没有1：5万DEM时可以使用SRTM90m替代1：5万DEM。
4 结语
我们对3景SPOT-5影像进行正射校正采用了不同控制点数量，不同DEM分辨率进行测试，并且把这两个影响精确度的主要因素进行了对比分析，实验进一步验证了SRTM90m在高分辨率遥感影像正射校正精度的可替代性。
参考文献
[1]周刚.福建省海岛海岸带遥感影像数据库与控制点影像数据库构建与应用，国家海洋局第三海洋研究所，2011.
[2]申家双.海岸带等水位线信息提取与垂直基准转换技术研究.信息工程大学，2011.