1、基于 GPS 技术的遥感图象纠正方法研究作 者 姓 名： 指 导 教 师： 单 位 名 称： 资源与土木工程学院专 业 名 称： 测绘工程东北大学年 月毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：基本内容： 毕业设计（论文）专题部分：题目：基本内容：学生接受毕业设计（论文）题目日期第 周指导教师签字： 年 月 日 东北大学毕业设计（论文） 摘要I摘要随着遥感传感器技术的发展，航天遥感图像的分辨率将进一步提高，目前美国IKONOS 卫星的地面分辨率已达到 1 米。另外遥感图像还具有覆盖面广、信息量丰富、现势性强、便于宏观分析等诸多优点。因此，在国民经济和社会发展的各个领域，遥感图像必将得到越来越
2、广泛的应用。遥感图象灰度数值的大小取决于地物目标的辐射亮度，实际上由于大气的吸收、散射及其它随机因素，使图象模糊失真，造成图象的分辨率和对比度都相对下降。另外，遥感飞行器和平台的姿态、速度、高度等变化以及侧滚俯仰等因素，也会使图象产生几何位置的畸变失真。要从遥感图象上提取我们所需要的信息，必须进行辐射校正和几何校正，消除由于环境条件的变化、仪器自身的精度和飞行姿态等因素引起的误差。GPS 技术与遥感相结合，利用 GPS 测得像控点坐标具有快速定位、准确获取数据的并且经济、高效的特点，与其他方法相比较，具有明显的优势。特别是在测区范围较大时，GPS 技术得到了很好的应用。遥感图像校正的方法很多，
3、有辐射校正、大气校正、去条带、几何纠正和图象增强等。论文主要对遥感图像几何校正方法进行研究，从像控点的布设、获取方法和纠正模型的选取、重采样方法等问题进行分析比较，利用 ERDAS IMAGINE 遥感图像处理软件实现上述功能。关键词： 遥感图像 几何校正 GPS 技术 像控点选取 东北大学毕业设计（论文） ABSTRACTIIABSTRACTWith the development of remote sensing sensors technology, resolving power of aerospace remote sensing image will be advanced i
4、n future. At present, Americans IKONOS satellitic ground resolving power have reached 1metre.In addition, remote sensing has many advantages such as large coverage, abundant information, strong present time, convenient for macroscopic analysis, etc. Consequently, in every area of contrys economy and
5、 socirtys development, remote sensing image will be applied more and more extensive. Gray level magnitude of remote sensing image lie on the brightness of terra objects radiate, actually because of atmospheric absorb, dispersion and some other factors, the image will be lacked fidelity, which result
6、 in both the resolving power and contrast of aerospace remote sensing image comparatively descend. In addition, the gesture, speed, height, change as well as side roll pitching, etc of remote sensing sensor and platform will also result in geometric position lacking fidelity. We must eradiate correc
7、tion and geometric correction to the image before extracting useful information from remote sensing image. So we can avoid errors evocabled by entironmental condition change, instruments precision itself and flying gesture. Combination of GPS technology and remote sensing, the characteristic of usin
8、g GPS technology can orientate quickly and obtain data precisely, obtainting control points coordinates using GPS has characteristics of economic and high effect, comparing with other methods it has obvious predominance. GPS technology receives good apply particularly in large surveying area.There a
9、re many corrected methods of remote sensing image such as radiation corrections atmosphere correction, getting rid of banding, geometric correction and image amplification, etc. Thesis mainly studies geometric corrections of remote sensing image. Compared with setting up control points of image, met
10、hods of obtaining, selecting of corrected model, resampling methods, etc. Using the software of ERDAS IMAGINE remote sensing image realizes the functions said above,东北大学毕业设计（论文） ABSTRACTIIIKey words: remote sensing image, geometric correction, GPS technology, selecting methods of control points in t
11、he image东北大学毕业设计（论文） 目录IV目录摘要 .IABSTRACT.II第一章 绪论 .11.1 “3S”技术发展综述 .11.1.1 GIS 发展概述.11.1.2 RS 发展概述 .21.1.3 GPS 简介 .21.2 “3S”技术应用状况 .31.2.1 “3S”在国外应用状况 .31.2.2 “3S”技术在国内应用状况.41.3 “3S”技术发展展望 .5第二章 遥感与 GPS 技术的结合.72.1 遥感相关理论 .72.1.1 遥感平台 .72.1.2 遥感卫星 .82.2 GPS 相关理论 .92.2.1 GPS 系统的组成 .92.1.2 GPS 定位原理 .10
12、2.3 GPS 技术的应用及与遥感的结合 .11第三章 遥感图像的纠正 .153.1 遥感图像的纠正方法.15东北大学毕业设计（论文） 目录V3.2 遥感图像的几何处理.163.2.1 遥感图像的粗加工处理 .183.2.2 遥感图像的精纠正处理 .203.3 小结 .29第四章 应用 ERDAS IMAGINE 遥感图像处理软件对图像进行几何校正.324.1 概述 .324.2 数据输入/输出.354.2.1 数据输入/输出简介 .354.2.2 二进制图像数据输入.364.2.3 将各波段数据同时输入 .394.3 图像几何校正 .414.3.1 图像几何校正概述 .424.3.2 资源卫
13、星图像校正 .434.3.3 遥感图像仿射变换 .544.4 多元遥感数据的融合.58结论 .62参考文献 .63结束语 .65附录 .66附录一 .66附录二 .73东北大学毕业设计（论文） 第一章 绪论- 1 -第一章 绪论1.1 “3S”技术发展综述“3S”技术是地理信息系统(GIS)、遥感(RS )及全球定位系统(GPS)的总称，即利用 GIS 的空间查询、分析和综合处理能力，RS 的大面积获取地物信息特征，GPS 快速定位和获取数据准确的能力，三者有机结合形成一个系统，实现各种技术的综合。传统地理科学是一门以经验为主的科学,而今后地理学的发展方向是逐步向以试验为主的精密科学过渡。在这
14、一过程中最主要的是地理模型的引入,在引入地理模型的过程中所遇到的问题是：一是如何处理地理科学中众多地理实体向数字模型转化,即经验性质的知识如何通过数字动态模拟后输入计算机；二是地理系统中辅以属性数据的空间海量数据的处理。所以借助计算机技术我们发展了遥感地理信息模型,这种以实测数据为基础建立起来的遥感地理信息模型是地理学从定性走向定量的最佳途径。目前利用“3S”技术已成功地建立了众多地学研究模型, 取得了令世人瞩目的成就。1.1.1 GIS 发展概述GIS(Geographic Information System)是 20 世纪 60 年代发展起来的一门介于地球科学、信息科学、空间科学之间的交
15、叉科学。它以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件技术的支持下，对空间相关的数据进行采集、管理、操作、分析、显示并采用地理模型分析方法，适时提供各种空间的动态的地理信息，为地理研究和决策服务建立起计算机技术系统。1963 年，加拿大测量学家 R.F.Tomlison 博士提出把常规地图变为数字形式存入计算机的想法，并于 1965 年建立了世界上第一个地理信息系统加拿大地理信息系统(CGIS)用于自然资源的管理和规划。随后美国城市和区域信息系统协会(URISA) 、周信息系统全国协会(NASIS)相继成立。此外国际地理联合会(IGU)于 1968 年设立了地理数据收集和处理委员会(CGDSP)，这
16、些组织为传播 GIS 知识和发展 GIS 技术起了关键的作用。经过 30 多年的发展，GIS 技术不断成熟，特别是 20 世纪 70 年代众多商业机构纷纷介入地理信息系统领域，开发和研制了众多地理信息系统软件，推动了地理信息系东北大学毕业设计（论文） 第一章 绪论- 2 -统的发展，据统计在 70 年代大约有 300 多个 GIS 系统投入使用。目前计算机和全球信息网络技术飞速发展，对 GIS 产生了巨大的冲击,其间 ComGIS(组件式 GIS)和WebGIS(万维网 GIS)等新兴技术应运而生。GIS 技术的发展进入了一个崭新的时代。1.1.2 RS 发展概述所谓遥感(RS)即利用某种装置
17、在不被研究对象直接接触的情况下，收集对象的信息，通过处理分析，最后提取有用信息并加以利用的一种技术。 “遥感”一词最早由美国海军研究所伊夫林.L.普鲁特提出，1962 年在美国密执安大学第一次国际环境遥感讨论会上被采用。遥感的发展可分为两个阶段：第一是航空遥感阶段。一战时期，飞机上用望远镜和照相机进行侦察。二战后，航空遥感不断发展，目前已成为军事侦察和自然资源调查的重要手段。第二是航天遥感阶段。1957 年前苏联发射了第一颗人造地球卫星，开创了从外层空间深测地球的先河。美国航天局在 20 世纪 60 年代发射了“雨云”等气象卫星和“阿波罗”等载人航天器，用摄影机拍摄了第一批地球卫星照片。经过长
18、期准备，特别是对各种地物光谱特征和遥感图像数据处理，分析判读技术的研究后，美国于 1972 年 7 月 23 日发射了第一颗地球资源卫星 (ERTS)，专门从事地球资源遥感，之后又发射了第二批地球资源卫星(LANDSAT)。 1998 年 LANDSA-7 号卫星发射升空，1999 年 9 月 24 日，美国发射了 IKNOS 商用卫星，它的对地分辨率为 1 米，标志着美国的民用遥感已远远走在世界的前列。目前美、俄、法、加、日、英、印、中等国家已成为世界上应用遥感技术较为成熟的国家。1.1.3 GPS 简介GPS 是全球定位系统(Globle Positioning System)的简称。它是
19、建立在无线电定位系统基础上的空间导航系统，以距离为基本测量单位，通过同时对多颗卫星进行伪距离测量来计算接收机的位置，由于测距在极短时间内完成，故可实现动态测量。GPS 定位是由 GPS 定位卫星来完成，全球 GPS 卫星有 24 颗，分布在六个轨道面上。1957 年前苏联发射了第一颗人造地球卫星，美国 JohnsHopkins 大学应用物理实验室在对卫星进行跟踪时得到启示，提出用卫星发射信号进行定位和导航的想法，很快东北大学毕业设计（论文） 第一章 绪论- 3 -便引起了美国军方的重视。1964 年美国海军武器试验研制成功了 NNSS(Navy Navigating Satellite Sys
20、tem)，即著名的子午仪系统，20 世纪 60 年代末 70 年代初，考虑到 NNSS 存在的问题，美国又着手研究导航卫星测试，测距全球定位系统，简称NAVS/GPS 系统(Navigation Satellite Timing and Ranging/ Globle Positioning System)即通常所说的“全球定位系统”(GPS)。考虑到保密的作用，美国国防部在所有的 GPS 接收机上都实施 SA 干扰，所以一般的 GPS 接收机的接受精度为 50100 米，现在人们利用差分(Differential)GPS，使接收精度提高到几厘米到几毫米，在地学研究上可应用于大地测量、板块运动
21、的监测等。俄罗斯 GLONASS 系统，也是由 24 颗卫星构成，它们分布在高度为 19100Km 的3 个轨道面上，保证在任何时刻，在全球任何地方都可以看到 510 颗卫星。该系统的卫星频率都不相同，但所有的卫星具有相同的编码，这和美国的 GPS 卫星刚好相反。而且该系统未对民用用户实施 SA 干扰，精度可达到 24 米，这比实施 SA 干扰的 GPS卫星的 50100 米的精度高得多。1.2 “3S”技术应用状况“3S”技术应用较为广泛，除了军事，还广泛地应用于工业、农业、交通等方面，如找矿、环境监测、土地利用变化、作物的估产、全球变化等。 “3S”技术集成系统如下图：图 1 “3S”系统之间的相互关系1.2.1 “3S”在国外应用状况美国已经开发出应用于森林资源调查的“3S”技术，加拿大、日本、印度等国家，在大约 25 分钟内可以利用前一天接收到的 MSS 和 TM 图像数据，按照同一指标体系
