遥感影像校正及误差源探索——以鸡西市为例
(黑龙江省国土资源勘测规划院，哈尔滨，150056)
卫星影像的坐标精度对于更新土地利用数据库至关重要。根据鸡西市的遥感数据源，利用ERDAS IMAGINE对鸡西市的遥感影像进行误差校正和分析，探讨卫星遥感影像内外误差产生的原因。
关键词:卫星图像；遥感；错误；正字法；民主主义者（同democrat）
1高分辨率卫星遥感技术现状及应用前景
高分辨率卫星影像通常是指像素空间分辨率在10 m以内的遥感影像，早期高分辨率传感器的发展和应用主要是在军事领域，旨在进行大范围的遥感制图、分析地物和监测人类活动。90年代后逐渐进入商业和民用领域，发展迅速。
中国已经研制并发射了六颗气象卫星，包括太阳和地球同步轨道卫星。1999 10我国首颗以土地资源和环境为主要观测目标的中巴地球资源卫星成功发射，结束了我国没有高空间分辨率传输资源卫星的历史。同时，中国还建立了一批国家级遥感应用机构，广泛开展气象预报、土地调查、农作物估产、森林调查、地质找矿、海洋预报、环境保护、灾害监测、城市规划、地图测绘等遥感服务。
高分辨率卫星遥感影像的出现，使得在小空间尺度上观测地表的细节变化，进行大尺度遥感制图，监测人类活动对环境的影响成为可能，具有广阔的应用前景。高空间分辨率影像数据与地理信息系统紧密结合，已被证明在城市生态环境评价、地形图更新、地籍调查、精准农业等方面具有巨大的应用潜力。
2遥感图像处理流程
遥感影像从接收到最终应用一般要经过以下几个步骤(图1):
3鸡西市影像数据源及遥感影像变形原因
3.1鸡西影像数据源
鸡西市影像数据源为SOPT五号卫星数据、A1级数据和* * *两景。
图1遥感影像处理流程
曲目编号:305-258；307-258
成像时间:2005/11/22；2005/11/12
入射角:r 11.52；R18.28
法国空间研究中心(CNES)在比利时和瑞典的参与下开发了SPOT地球观测卫星系统。SPOT-5的分辨率为2.5m，成像方式为CCD阵列推扫成像。具体参数见表1。
表1 SPOT-5卫星参数
SPOT image产品* * *分为5个级别:
等级1A:图像只做辐射校正，不做几何校正。
1B级:在1A级的基础上做了一些几何修正，修正了全景变形、地球自转、曲率、轨道高度变化引起的变形。
2A等级:增加了标准地图投影。
2B级:地理校正，增加了大地控制点和平均高度校正。
正射水准:完全地理校正，数字高程模型处理，消除了地形起伏带来的投影误差。
3.2遥感影像变形原因及误差来源分析
遥感图像的整体变形是平移、缩放、旋转、偏转、弯曲和其他变形的结果。接收部门接收到遥感数据后，首先根据遥感平台、地球本身和传感器的各种参数进行校正处理，提供的图像根据预处理的不同层次有不同的层次。
3.2.1遥感平台位置和运动状态变化的影响
无论是飞机还是卫星，在运动过程中都会因为各种原因导致飞行姿态发生变化，从而造成图像变形。
(1)偏航是指遥感平台在前进过程中相对于原航向偏转一个小角度，引起扫描线方向的变化，图像倾斜失真，如图2 (a)所示。
(2)速度卫星本身的椭圆轨道导致了卫星速度的不均匀性。速度快时，扫描带领先；速度慢时，扫描带滞后。这可能导致图像的位置在卫星的向前方向(图像的上下方向)上移动，如图2 (b)所示。
(3)高度在平台运动过程中受机械因素影响，导致偏离原来的标准高度，或者卫星本身的轨道是椭圆的。飞行高度总是变化的，但传感器的扫描视场角保持不变，导致图像扫描线对应的地面长度发生变化。海拔偏离越高，图像对应的地面越宽，如图2 (c)所示。
(4)高程遥感平台的高程变化可引起影像上下方向的变化，即卫星下方的点在下降时向后移动，上升时向前移动，造成线与线之间位置的错位，如图2 (d)所示。
(5)滚转遥感平台的姿态滚转是指以前进方向为轴旋转一个角度，可以使星下点在扫描线方向上发生偏移，使整个图像的线方向上的滚转角引起偏移方向移动，如图2 (e)所示。
图2遥感平台位置和运动状态的变化对图像的影响。
3.2.2地形起伏影响
当地形起伏时，局部像点会发生位移，使得原本应该是地面点的像点被同一位置高点的像点取代。
3.2.3地球表面曲率的影响
地球是椭球体，所以它的表面是曲面。表面主要影响两个方面，一是像素位置的移动，二是像素相对于地面的宽度不相等。当传感器的扫描角度即入射角较大时，影响更为突出，导致图像显示时边缘场景被压缩。假设原地面上的真实场景是一条直线，成像时中心窄边缘宽，显示单张图像时像素大小相同，那么这条直线就显示为反S形弯曲，也叫全景失真。
3.2.4大气折射影响
大气折射的影响是大气折射了辐射的传播。由于大气的密度分布自下而上越来越小，折射率不断变化，折射辐射传播不再是直线而是曲线，导致传感器接收到的像点发生位移。
3.2.5地球自转的影响
卫星运行时，传感器扫描地面获取图像时，图像会因地球自转而出现偏差。因为大部分卫星在轨道下降阶段接收图像，也就是卫星由北向南运动，当地球由西向东旋转时，卫星的子星点位置逐渐偏离。
通过以上对遥感图像的变形分析可以看出，误差基本可以分为三类:遥感器本身引起的内部误差随遥感器的结构、特性和工作方式的不同而不同，这类误差一般较小；外部因素造成的外部误差，如遥感影像变形原因分析；加工过程中产生的加工误差是人为误差。
鸡西遥感影像的正射影像校正
4.1鸡西市自然条件及数据
4.1.1自然条件
鸡西市位于黑龙江省东南部，素有“北方春城”之称。西与牡丹江市林口县、穆棱县接壤，北与双鸭山市饶河县、宝清县、七台河市、勃利县接壤，东与乌苏里江、松阿察河接壤，南与兴凯湖、百灵河、陆地接壤。是省内东部边陲城市，长687.5km，鸡西市行政区域内六区两县一市，总土地面积22488.46km2，鸡西市矿产资源丰富，旅游景点星罗棋布，冰雪、湖泊、湿地、森林古墓群等特色旅游资源丰富，地形复杂。
4.1.2数据
鸡西市采用两次spot-5数据和14的1∶50000 DEM，覆盖鸡西市所有六个区。
原DEM为1∶50000数字高程模型，格网格式，垂直间隔10 m，1980 Xi安坐标系，1985国家高程基准，高斯-克鲁格投影，6度分带。
控制点由GPS测量，80个GPS点由两幅影像测量。
4.2鸡西影像纠正工作流程
4.2.1控制点选择及DEM数据处理
每个场景影像选取40个控制点，大地坐标由野外GPS测量。由于其他环境因素的限制，36个点按原穿刺点测量，其余4个点由外业测量人员根据实际情况测量，并在底图上标注，记录详细点。
GPS型号是凌锐S80；精度为5 mm+1 ppm。
图3图像校正的工作流程
原DEM ***14，国家测绘局标准格式，1∶50000数字高程模型，格网格式，垂直间隔10 m，1980 Xi安坐标系，1985国家高程基准，高斯-克鲁格投影，6度带。
最终影像需要校正到1954北京坐标系，3度区，所以DEM也需要校正到这个坐标系。
先转换格式，再嵌入到文件中，最后将坐标系从1954转换到1980并投影到3度区。
处理后的DEM为1∶50000的数字高程模型，IMG格式，垂直间距10 M，北京坐标系1954，高斯-克吕格投影，3度带。所有DEM数据都嵌入到IMG文件中，覆盖整个监测区域。
4.2.2全色图像的校正
采用ERDAS 8.7作为作业软件，读取原始全色影像的DIM文件，将卫星参数加入到校正模型中，再加入处理后的DEM数据。此时的全色影像数据已经有了大致的地理坐标，误差还是很大的。根据影像上的特征特征点，输入实地测量的GPS点坐标，对GPS点对应的影像特征特征点进行微调，使其位置更接近真实坐标，减少控制点误差。对误差较大的点进行原因分析，根据具体情况进行调整和删除，满足校正条件后对图像进行校正。图像重采样的分辨率为2.5m，重采样方法为三次卷积处理。影像控制点的坐标分布及其改正误差如表2所示。
在高分辨率影像校正的应用中，数据源的选择非常重要。不同的卫星、不同的影像、不同质量的卫星影像对校正方法和最终的校正精度都有很大的影响。DEM数据对于山区非常重要。良好的卫星影像、准确的特征点坐标和合适的DEM数据可以最大限度地减少卫星影像纠正中的外部误差因素。
表2鸡西市307 -258景纠正影像控制点残差统计表
参考
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Ch/t1008-2001。基础地理信息产品数字高程模型1: 10000，1: 50000 [s]。北京:中国标准出版社，2001。