CN103557849B - 应用于快鸟影像的山区单木快速绝对定位及坐标修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于快鸟影像的山区单木快速绝对定位及坐标修正方法，包括：一、利用手持GPS和全站仪结合采集样地内单木的坐标方法；二、提出了GPS点坐标人为输入全站仪的过程中颠倒导致的测量结果错误的解决办法。三、对快鸟影像的全色图像和多光谱图像分别进行正射校正，然后将全色和多光谱融合，从而保证定位的精度，方便进一步提取单木信息。
Description
技术领域
本发明涉及遥感、森林资源调查及林业测绘领域。
背景技术
全球定位系统（GPS）作为现代高新技术已在各个行业得到广泛应用，特别是林业上需要进行样地定位、单木监测、林界定位、遥感数据和地面调查相对应等工作都离不开GPS。然而直接定位山区的单木或者样地角点坐标，无论是利用DGPS还是普通的手持式GPS效果都不理想，特别是在郁闭度较高的山区。由于信号容易受到山区地形、树冠的干扰，导致DGPS经常无法锁定四颗以上的卫星，使得定位时间延长、定位结果可信度差。全站仪因其测量速度快，测量精度准的优势，运用于林业测绘领域相对于传统的结合皮尺和罗盘仪的森林调查方式能提高工作效率。全站仪可以用来测角度，距离，及点的坐标。如冯仲科等利用全站仪或者测尺配合电子经纬仪为工具测量角度与边长，得到树冠上待测点的坐标。同时也提出了林冠山地多级精度自动定位技术，当GPS无法实施林中定位时，利用DGPS在开阔林带、林区路旁测量基准站坐标或利用已知点坐标，采用罗盘仪、全站仪在郁闭林分内进行导线定位。解决了利用全站仪相对坐标转绝对坐标的问题。但以上方法运用在常规的林业外业调查中存在的劣势在于，操作过程较为复杂，需要PDA的后处理计算。而往往很多林业调查单位或科研单位并没有配备PDA、差分GPS设备。因此，需要提出改进方法，使得适用于特定林分和特殊需求，如结合遥感图像的单木树冠提取。近十几年来,国外高分辨率商业卫星IKONOS，QuickBird，GeoEye及我国资源二号，资源三号等高空间分辨率卫星先后投入对地观测应用,利用高分辨率遥感影像进行变化检测和其他应用的需求日益增加，而在林业遥感方面，利用高分辨率影像提取人迹罕至的森林植被参数也成了研究热点。难点在于在林分条件复杂的山区，由于树冠的相互遮挡，很难从高分辨率遥感图像上精确定位单木，本方法从样地实测的角度考虑，提出了适用于高分影像的单木调查定位方法，方法快速、准确，其结果能应用于基于遥感的森林植被信息提取。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种应用于快鸟影像的山区单木快速定位及坐标修正方法
1本发明采用以下步骤实现：
步骤1，先在开阔林带、样地路旁，寻找一明显的地面特征点作为基站点，寻找一明显的地面特征点作为基站点，方便内业处理时能够在经校正后的高分辨率遥感卫星影像上找到（如道路的交叉口，建筑物，河流等）；
步骤2，在手持GPS中设置参数，如本实验选择如下设置：选择USERUTMGrid，中央经线为E117°，投影比例为1，东西偏差为+500000m，地图基准选择User，设置相应的参数，接着采集基站点的坐标，并记录在事先准备的样地记录表上；
步骤3，利用手持罗盘定向，从基站点往南或者往北用皮尺量测直线一定距离，设为D，单位为米（D可以选取5m或者10m,将此点作为定向点（也叫后视点），由于基站的大地坐标已知，根据实际情况（定向点是在基站点的南边还是北边），若定向点在基站的北边，则要将定向点的横坐标不变，纵坐标值加上D，若定向点在基站的南边，则纵坐标减去D,将定向点的坐标填入样地记录表格；
步骤4，将定向点坐标按照仪器的提示输入，并将棱镜直立在定向点处，将全站仪瞄准棱镜，照准定向点，观测系统便建立，可以开始测量了；
步骤5，棱镜可以立在树冠的边缘，进行单木坐标绝对定位和树冠量测。
由于在外业过程中，调查人员的知识层次不一，不可避免会出现一些差错，对于这些不可控因素，笔者在内业处理中发现出现的最多的一个问题就是，将GPS采集的坐标点（L,B），输入到全站仪中的时候横纵坐标输入反了。由于全站仪本身的独立坐标系统纵轴为x轴，横轴为y轴。以B15-A为例，应该输入全站仪为（4434234,443278），即纵坐标（7位数）输在前面。而往往这个数就被输成了（443278,4434239），坐标修正如下：
将（X0,Y0）作关于直线y=x的对称点，得到（X’,Y’）
将（X’,Y’）作关于直线X=XA的对称点，得到（X,Y）
这样，（X，Y）就是经过修正的单木大地绝对坐标。
应用于快鸟影像的山区单木快速绝对定位及坐标修正方法，其特征在于：
步骤一，将快鸟图像的全色波段和多光谱波段分别进行基于控制点的正射校正，校正结果控制在1个象元之内；
步骤二，将正射校正后的全色波段和多光谱波段图像进行小波融合，提高目视解译效果；
步骤三，进行将权利要求1中测量出的单木坐标，精确定位高分图像上的单木；
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为实地测量流程图，图2为未经过坐标修正的单木点，图3为经过坐标修正的单木点，图4为具体修正处理方法流程。
具体实施方式
本发明是一种应用于快鸟影像的山区单木快速绝对定位及坐标修正方法，是分别结合了全站仪能测量目标的相对坐标和手持GPS能测量目标的绝对大地坐标的优势，测量的结果能够直接应用于高分遥感数据的单木信息提取。本发明技术方案综合应用了3S技术，以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。
如图1，实施例的技术方案的流程包括以下步骤：
步骤1，先在样地外没有样地遮挡的地方，寻找一明显的地面特征点作为基站点，方便内业处理时能够在经校正后的高分辨率遥感卫星影像上找到（如道路的交叉口，房屋等）；
步骤2，利用手持GPS采集基站点的坐标，在手持GPS中设置参数，如本实验选择如下设置：选择USERUTMGrid，中央经线为E117°，投影比例为1，东西偏差为+500000m，地图基准选择User，设置相应的参数，接着采集基站点的坐标，记录在事先准备的样地记录表上，基站编号为B15-A；
步骤3，提取定向点（也叫后视点）。先用罗盘定出北方向，由于距离较短，可以用磁北代替真北方向，从基站点往北用皮尺量测直线一定距离，设为D，单位为米（D可以选取5m或者10m。将此点作为定向点。由于基站的大地坐标已知，根据实际情况（定向点是在基站点的南边还是北边），若定向点在基站的北边，则要将后视的横坐标不变，纵坐标值加上D，若定向点在基站的南边，则纵坐标减去D。将定向点的坐标填入样地记录表格。定向点编号为B15-B；
步骤4，将B15-A输入全站仪作为基站点，将B15-B输入全站仪作为定向点，将棱镜直立在定向点处照准定向点B15-B，观察误差限，不超过0.01m，则观测系统便建立，可以开始测量了；
步骤5，棱镜可以立在树冠的边缘，进行单木坐标绝对定位和树冠量测；
步骤6，将坐标点叠加在经过正射校正后的高分辨率遥感影像中，从而找到了单木的位置。
由于在外业过程中，调查人员的知识层次不一，不可避免会出现一些差错，对于这些不可控因素，容易在步骤4，将GPS采集的坐标点（L,B），输入到全站仪中的时候横纵坐标输入反了。由于全站仪本身的独立坐标系统纵轴为x轴，横轴为y轴。同样以B15-A为例，应该输入全站仪为（4434234,443278），即纵坐标（7位数）输在前面。而往往这个数就被输成了（443278,4434239）。虽然并不影响全站仪最终所测得的单木坐标的相对位置。但在软件处理的过程中仍然需要处理。下面主要介绍一下在ArcMap中处理的流程。
将全站仪测量得到的错误的结果导出，以宾得全站仪为例，保存为.dat格式的文件，用字符编辑器软件打开，存成csv格式的文件。并用excel另存一份。将所测得的地面单木数据通过ArcMap中的工具，导入xy点工具导入，导入是选择x为横坐标，即全站仪测出来的6位数的坐标值，y为纵坐标，即全站仪测出来的7位数的坐标值。注意，在ArcMap中xy轴是正常的数学上的定义。而全站仪中的xy轴是测量上的定义。输入后发现跟实际情况不同，即出现了跟实地树木对应不上的情况，如图2所示。修改的流程如图4所示，步骤如下：将所有样地中的树木点在编辑状态下选中，运用ArcMap->编辑工具->Task->MirrorFeatures，作关于AB两点的连线（基站点与定向点的连线）做一个镜像对称。便得到经过修正的单木大地绝对坐标。
高分辨率遥感影像的预处理，采用比例尺为1:10000以上的地形图及从地形图的等高线提取的高精度DEM对快鸟影像进行基于控制点的正射校正，以消除地形起伏给图像造成几何畸变的影响，高分辨率遥感影像采用与手持GPS一致的坐标系统和投影参数，从而保证定位精度，最后利用测量点在快鸟影像上匹配，从而在遥感图像上找到单木的位置，进一步提取单木信息，结果如图3所示。
Claims (1)
1.一种应用于快鸟影像的山区单木快速绝对定位及坐标修正方法，其特征在于：
步骤1，先在样地外没有树木遮挡的地方，寻找一明显的地面特征点作为基站点；
步骤2，在手持GPS中进行以下设置：选择USERUTMGrid，中央经线为E117°，投影比例为1，东西偏差为+500000m，地图基准选择User，设置相应的参数，接着利用GPS采集基站点坐标（XA,YA）；
步骤3，利用手持罗盘定向，从基站点（XA,YA）往北量测直线距离D，直线距离D的单位为米，定向点坐标为（XA+D，YA）；
步骤4，将定向点坐标按照全站仪的提示输入，并将棱镜直立在定向点处，将全站仪瞄准棱镜，照准定向点，观测系统便建立，能够开始测量；
步骤5，将棱镜立在树冠的边缘，进行单木坐标绝对定位和树冠量测；
步骤6，将坐标点叠加在经过正射校正后的高分辨率遥感影像中，从而找到单木的位置；
其中，由于在外业过程中，将GPS采集的基站点坐标（XA,YA）输入到全站仪中时容易输成（YA,XA），这种情况下，错误坐标修正方法的步骤如下：
步骤1，将全站仪测量的初步结果记做（X0,Y0），（XA,YA）为基站点坐标；
步骤2，将（X0,Y0）作关于直线y=x的对称点，得到（X’，Y’）
步骤3，将（X’，Y’）作关于直线X=XA的对称点，得到（X，Y）
这样，（X，Y）就是经过修正的单木大地绝对坐标。
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