ENVI软件下ASTER遥感立体像对的DEM提取

ENVI软件下ASTER遥感立体像对的DEM提取BASEDONTHEREMOTESENSINGIMAGECUBEASTERTODEMEXTRACTION学院（部）：专业班级：学生姓名：指导教师：年月日-1-基于ASTER遥感立体像对的DEM提取摘要文中通过实例研究了ASTER遥感立体像对在高山峡谷地区提取DEM的精度。首先简述ASTER的立体像对提取DEM的国内外发展现状及应用，然后介绍了具有同轨立体测图能力的ASTER传感器观测系统，及其立体影像生成DEM的算法和DEM的编辑方法，展示了ASTER立体影像生产DEM的实验结果，并以试验结果说明，其精度可以满足绘制1∶100000～1∶250000比例尺地形图要求。ASTER遥感数据可以在地球表面自然过程与全球变化等多个研究领域得到广泛应用。本文是通过使用ENVI4.7对ASTER遥感立体像对影像进行数据读入、输入控制点、提取连接点、指定参数、DEM编辑等处理后得到DEM三维立体图像。关键字：ASTER，DEM，遥感，立体像对，ENVI-2-BasedontheremotesensingimagecubeASTERtoDEMextractionAbstractInthispaper,throughthecase,studytheremotesensingimagecubeASTERinalpinecanyonareaextractionaccuracyoftheDEM.First,thispaperexpoundstheASTERstereoimageandabroadfortheextractionoftheDEMsituationandapplication,thenintroducesobservationsysteminthesamerailstereomappingcapability,ASTERsensorandstereoimagesandthealgorithmgeneratedDEMeditorialmethodASTERstereoimages,showingtheproductionofexperimentalresultsandDEMtotestresultsshowthattheaccuracycansatisfydrawing1:100000~1:250000scaletopographicmaprequirements.ASTERremotesensingdataintheearth'ssurfacecanbenaturalprocessandglobalchangeresearchetcwidely.ThroughtheuseofENVI4.7,loadin,inputcontrolpoints,extractingconnection,designatedparameters,DEMediting,inordertoobtainDEM.Keyword:ASTER，DEM,RemoteSensing，StereoImage，ENVI-3-目录摘要（中文）………………………………………………………………………1摘要（外文）………………………………………………………………………2第一章前言…………………………………………………………………………41.1ASTER遥感立体像对的DEM提取的发展介绍………………………………41.2ASTER遥感立体像对的DEM提取的在现代的应用…………………………51.3论文研究的内容及意义…………………………………………………7第二章基于ASTER遥感立体像对的DEM提取的原理和方法……………………72.1ASTER遥感立体像对的DEM提取的原理……………………………………72.2ASTER遥感立体像对的DEM提取方法及过程………………………………8第三章ASTER遥感立体像对数据的DEM提取的处理……………………………93.1对ASTER遥感立体像对数据的基本处理原理及方法……………………93.1.1连接点的提取…………………………………………………………103.1.2核线影像的生成………………………………………………………103.1.3DEM的生成……………………………………………………………103.1.4对生成DEM的处理……………………………………………………113.3ASTER遥感立体像对生成DEM的流程………………………………………123.3.1输入立体影像对………………………………………………………123.3.2定义地面控制点………………………………………………………123.3.3定义联接点……………………………………………………………133.3.4指定参数………………………………………………………………153.3.5生成DEM和三维立体图………………………………………………17第四章实验及结果分析…………………………………………………………18参考文献……………………………………………………………………………20致谢…………………………………………………………………………………22-4-第一章前言1.1ASTER遥感立体像对的DEM提取的发展介绍数字地面高程模型(DigitalElevationModels,简称DEM)是地表形态的数字形式,它由规则水平间隔处地面点的抽样高程矩阵组成,在生产中具有很高的利用价值。DEM数据具有广泛的应用潜力。作为国家空间数据基础设施(NS2DI)的框架数据之一,DEM生产技术已经比较成熟,如等高线地形图生产DEM技术、利用航摄像对生产DEM的数字化摄影测量方法等。现在,随着遥感技术的不断发展,利用遥感影像对提取DEM数据已经成为可能,如利用SPOT数据生产的DEM精度可达到10m以内，而利用星载IN2SAR生成DEM的高程精度可达到米级,并且平坦地区的精度优于山区的精度。利用卫星数据提取DEM的技术已经成为遥感现今发展的一个研究课题。ASTER(AdvancedSpaceborneThermalEmissionandRe2flectionRadiometer,高级星载热辐射反射辐射计)是美国航空航天局(NASA)与日本国际经贸商业部(METI)合作发布的高分辨率卫星成像设备,于1999年12月搭载NASA的EOS-AM1(Terra)平台升空。其目标是获取地球表面温度、辐射、反射和高程数据,研究生物圈、水圈、岩石圈和大气层之间的互动反应,解决土地利用与覆盖、自然灾害(火山喷发、水灾、森林火灾、地震和风暴)、短期天气变动、水文等方面的问题。ASTER在可见光和近红外区(VNIR)有三个波段,在短波红外区(SWIR)有六个波段,在热红外区(TIR)有五个波段,它们的地面分辨率分别是15m、30m、90m。ASTER观测系统的VNIR子系统在可见光与近红外区有三个波段,空间分辨率为15m。第三波段有两个通道3N，3B，其中3B具有后视(27.6°)的能力，可以同轨立体观测,其沿径向的基高比B/H为0.6，每景大小为60km×60km。两个成像仪可以对相同地物以合理的视差和航向重叠近同步（大约相差55s）成像。对于这两幅影像，仪器与地物之间有相同的气象条件，同时地面的光照和辐射条件也是几乎相同的，这就极大地提高了影像匹配的成功率。Terra卫星的周期是16d，VNIR还具有侧视(±24°)能力,这样最快5d。ASTER传感器发射的目的在测图领域就是获取南纬82°和北纬82°之间全球80%区域的云层覆盖率小于20%的影像，生产DEM。与其他遥感卫星传感器相比,ASTER有其独特之处在于：较高空间分辨率和立体观测能力。VNIR的子系统有一个后视波段(即第三波段,波长范围0.78μm～0.86μm),沿轨迹方向(alongtrack)进行立体观测,即沿飞行轨道前后扫描立体成像,这样大大提高了立体像对的接收成功率,也保证了像对间的相关性和相似性。由此产生的立体像对是提取DEM的基础,它对于地形解译具有重要的意义。利用遥感数据提取DEM的精度依赖于基高比率-5-(BasetoHeightRatio,BH)、空间分辨率和视差测量的误差。VNIR基高比率是0.6,天底交角为27.6°。如果假定0.5～1.0像素作为总的视差误差,则ASTER的DEM高度精度应该在5～50m,从ASTER立体数据中产生的地图比例尺将在1∶50000～1∶250000之间。由于ASTER图像数据本身不像SPOT等卫星数据带有飞行参数，其内部、外部定位要通过精确的、数量足够的和平均分布的地面控制点来确定。所以,控制点的精度、分布和数量是决定提取DEM数据的质量的关键。ASTER是极地轨道环境遥感卫星Terra(EOS-AM1)上载有的5种对地观测仪器之一,它提供了可见光—近红外(VNIR)、短波红外(SWIR)和热红外(TIR)3个通道的遥感数据。目前,尽管ASTER数据可以通过网上免费预订和下载,但读取和分析这些数据,仍然需要依赖于专业遥感图像处理软件,而购买这类软件，一方面需要大量资金,另一方面,利用这些商业软件进行遥感参数反演,也存在诸多不便之处,如EOSVIEW是唯一个专门查看ASTER数据格式(HDF-EOS)的专业软件，但它不能进行数据处理，而其它专业软件(如ENVI)虽然可以查看HDF-EOS格式的遥感数据，但遥感反演与处理功能有待进一步完善。因此，利用软件编程实现ASTER数据读取，是ASTER数据应用的前提，也是开发具有国产自主版权的对地观测数据综合处理系统的一项基础工作。为此，我们课题组对ASTER数据格式进行了全面分析与解读，并对ASTER数据读取关键技术进行了讨论与研究，实现了ASTER数据的读取及其在定量遥感中的应用。卫星遥感立体像对提取DEM是地貌信息获取的一个重要里程碑，ASTER卫星传感器是可以拍摄立体像对传感器中的代表，具有数据质量稳定、覆盖广泛、价格低廉的特点。本文通过实例研究了ASTER立体像对在高山峡谷地区提取DEM的精度。首先简述ASTER的立体像对提取DEM的国内外发展现状，然后针对一处高程变化显著地区在1：10万比例尺地形图采集地面控制点（GCP），用1：5万精度的DEM作检验，获得GCP范围内高程误差为±20.4m，GCP范围外高程误差为±48.2m，平均误差是±34.3m。这证明可以在小区域内选取GCP控制点，由ASTER立体像大范围外推生成大范围DEM，而且采用常规的技术手段和普通的商业软件就可实现。该方法提取DEM对于我国地形资料缺乏的西部地区有很强的实用性。1.2ASTER遥感立体像对的DEM提取的在现代的应用ASTER数据已在多个研究领域得到广泛应用。下面结合TM数据，给出ASTER数据在几个主要研究领域的应用。1)遥感关键参数反演。与TM数据相比，ASTER数据在热红外有更多的波段，波谱分辨率更高，利用ASTER数据这一特点，可以计算全球与区域尺度上的土壤水分蒸腾与蒸发量和植被蒸腾与蒸发量，将ASTER数据与地面风速、空-6-气温度和空气湿度观测数据相结合，把“地-气”作为一个整体，对低层大气温度、湿度垂直廓线和陆面温度、比辐射率进行参数同步反演，计算“地-气”的水汽通量与热通量，这对于评价植被受旱状况，进行作物估产，以及推进全球水分平衡和碳循环研究具有重要意义。2)建立全球地面高程模型。TM数据只提供底视图像，而ASTER数据在可见光波段既提供了底视图像，也提供了后视图像。利用同一区域同一时间获取的底视和后视图像，可以在基于包含伪GCP(地面控制点)条件下，生成一个粗略的地面高程模型。由于该模型采用伪GCP，它们仅仅具有地面x、y值，而没有绝对高程信息，因此，生成的是相对DEM。为了获取该地区绝对地面高程，可以结合伪GCP，使用世界USGSGTOPO301kmDEM，估计它们的绝对高程值。由于精度和数据质量等原因，其结果仍然存在高程误差，但这比采用相对高程值要准确和方便。3)土地覆盖调查与监测。和TM数据相比，ASTER数据在可见光和近