應用于快鳥影像的山區(qū)單木快速絕對定位及坐標修正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應用于快鳥影像的山區(qū)單木快速絕對定位及坐標修正方法，包括：一、利用手持GPS和全站儀結(jié)合采集樣地內(nèi)單木的坐標方法；二、提出了GPS點坐標人為輸入全站儀的過程中顛倒導致的測量結(jié)果錯誤的解決辦法。三、對快鳥影像的全色圖像和多光譜圖像分別進行正射校正，然后將全色和多光譜融合，從而保證定位的精度，方便進一步提取單木信息。
【專利說明】應用于快鳥影像的山區(qū)單木快速絕對定位及坐標修正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及遙感、森林資源調(diào)查及林業(yè)測繪領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]全球定位系統(tǒng)(GPS)作為現(xiàn)代高新技術(shù)已在各個行業(yè)得到廣泛應用，特別是林業(yè)上需要進行樣地定位、單木監(jiān)測、林界定位、遙感數(shù)據(jù)和地面調(diào)查相對應等工作都離不開GPS。然而直接定位山區(qū)的單木或者樣地角點坐標，無論是利用DGPS還是普通的手持式GPS效果都不理想，特別是在郁閉度較高的山區(qū)。由于信號容易受到山區(qū)地形、樹冠的干擾，導致DGPS經(jīng)常無法鎖定四顆以上的衛(wèi)星，使得定位時間延長、定位結(jié)果可信度差。全站儀因其測量速度快，測量精度準的優(yōu)勢，運用于林業(yè)測繪領(lǐng)域相對于傳統(tǒng)的結(jié)合皮尺和羅盤儀的森林調(diào)查方式能提高工作效率。全站儀可以用來測角度，距離，及點的坐標。如馮仲科等利用全站儀或者測尺配合電子經(jīng)緯儀為工具測量角度與邊長，得到樹冠上待測點的坐標。同時也提出了林冠山地多級精度自動定位技術(shù)，當GPS無法實施林中定位時，利用DGPS在開闊林帶、林區(qū)路旁測量基準站坐標或利用已知點坐標，采用羅盤儀、全站儀在郁閉林分內(nèi)進行導線定位。解決了利用全站儀相對坐標轉(zhuǎn)絕對坐標的問題。但以上方法運用在常規(guī)的林業(yè)外業(yè)調(diào)查中存在的劣勢在于，操作過程較為復雜，需要PDA的后處理計算。而往往很多林業(yè)調(diào)查單位或科研單位并沒有配備PDA、差分GPS設備。因此，需要提出改進方法，使得適用于特定林分和特殊需求，如結(jié)合遙感圖像的單木樹冠提取。近十幾年來，國外高分辨率商業(yè)衛(wèi)星IK0N0S，QuickBird, GeoEye及我國資源二號，資源三號等高空間分辨率衛(wèi)星先后投入對地觀測應用，利用高分辨率遙感影像進行變化檢測和其他應用的需求日益增加，而在林業(yè)遙感方面，利用高分辨率影像提取人跡罕至的森林植被參數(shù)也成了研究熱點。難點在于在林分條件復雜的山區(qū)，由于樹冠的相互遮擋，很難從高分辨率遙感圖像上精確定位單木，本方法從樣地實測的角度考慮，提出了適用于高分影像的單木調(diào)查定位方法，方法快速、準確，其結(jié)果能應用于基于遙感的森林植被信息提取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明提出了一種應用于快鳥影像的山區(qū)單木快速定位及坐標修正方法
I本發(fā)明采用以下步驟實現(xiàn):
步驟1，先在開闊林帶、樣地路旁，尋找一明顯的地面特征點作為基站點，尋找一明顯的地面特征點作為基站點，方便內(nèi)業(yè)處理時能夠在經(jīng)校正后的高分辨率遙感衛(wèi)星影像上找到(如道路的交叉口，建筑物，河流等);
步驟2，在手持GPS中設置參數(shù)，如本實驗選擇如下設置:選擇USER UTM Grid,中央經(jīng)線為E117°，投影比例為1，東西偏差為+500000m，地圖基準選擇User，設置相應的參數(shù)，接著采集基站點的坐標，并記錄在事先準備的樣地記錄表上；
步驟3，利用手持羅盤定向，從基站點往南或者往北用皮尺量測直線一定距離，設為D，單位為米(D可以選取5m或者IOm,將此點作為定向點(也叫后視點)，由于基站的大地坐標已知，根據(jù)實際情況(定向點是在基站點的南邊還是北邊)，若定向點在基站的北邊，則要將定向點的橫坐標不變，縱坐標值加上D，若定向點在基站的南邊，則縱坐標減去D，將定向點的坐標填入樣地記錄表格；
步驟4，將定向點坐標按照儀器的提示輸入，并將棱鏡直立在定向點處，將全站儀瞄準棱鏡，照準定向點，觀測系統(tǒng)便建立，可以開始測量了 ；
步驟5，棱鏡可以立在樹冠的邊緣，進行單木坐標絕對定位和樹冠量測。
[0004]根據(jù)權(quán)利要求1所述應用于快鳥影像的山區(qū)單木快速絕對定位及坐標修正方法，其特征在于:
由于在外業(yè)過程中，調(diào)查人員的知識層次不一，不可避免會出現(xiàn)一些差錯，對于這些不可控因素，筆者在內(nèi)業(yè)處理中發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的最多的一個問題就是，將GPS采集的坐標點(L，B)，輸入到全站儀中的時候橫縱坐標輸入反了。由于全站儀本身的獨立坐標系統(tǒng)縱軸為X軸，橫軸為I軸。以B15-A為例，應該輸入全站儀為(4434234，443278)，即縱坐標(7位數(shù))輸在前面。而往往這個數(shù)就被輸成了(443278，4434239)，坐標修正如下:
將(X。，Y。)作關(guān)于直線y=x的對稱點，得到(X’，Y’ )
JX1=Y0
IX = Xo
將(X’，Y’ )作關(guān)于直線X=Xa的對稱點，得到(X，Y)
\x = 2XA-X'
\ 7 = 7'
這樣，(X，Y)就是經(jīng)過修正的單木大地絕對坐標。
[0005]3根據(jù)權(quán)利要求1所述應用于快鳥影像的山區(qū)單木快速絕對定位及坐標修正方法，其特征在于:
步驟一，將快鳥圖像的全色波段和多光譜波段分別進行基于控制點的正射校正，校正結(jié)果控制在I個象元之內(nèi)；
步驟二，將正射校正后的全色波段和多光譜波段圖像進行小波融合，提高目視解譯效
果;
步驟三，進行將權(quán)利要求1中測量出的單木坐標，精確定位高分圖像上的單木；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0007]圖1為實地測量流程圖，圖2為未經(jīng)過坐標修正的單木點，圖3為經(jīng)過坐標修正的單木點，圖4為具體修正處理方法流程。
【具體實施方式】
[0008]本發(fā)明是一種應用于快鳥影像的山區(qū)單木快速絕對定位及坐標修正方法，是分別結(jié)合了全站儀能測量目標的相對坐標和手持GPS能測量目標的絕對大地坐標的優(yōu)勢，測量的結(jié)果能夠直接應用于高分遙感數(shù)據(jù)的單木信息提取。本發(fā)明技術(shù)方案綜合應用了 3S技術(shù)，以下結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明技術(shù)方案。
[0009]如圖1，實施例的技術(shù)方案的流程包括以下步驟:
步驟1，先在樣地外沒有樣地遮擋的地方，尋找一明顯的地面特征點作為基站點，方便內(nèi)業(yè)處理時能夠在經(jīng)校正后的高分辨率遙感衛(wèi)星影像上找到(如道路的交叉口，房屋等);
步驟2，利用手持GPS采集基站點的坐標，在手持GPS中設置參數(shù)，如本實驗選擇如下設置:選擇USER UTM Grid，中央經(jīng)線為E117°，投影比例為1，東西偏差為+500000m，地圖基準選擇User，設置相應的參數(shù)，接著采集基站點的坐標，記錄在事先準備的樣地記錄表上，基站編號為B15-A ；
步驟3，提取定向點(也叫后視點)。先用羅盤定出北方向，由于距離較短，可以用磁北代替真北方向，從基站點往北用皮尺量測直線一定距離，設為D，單位為米(D可以選取5m或者IOm0將此點作為定向點。由于基站的大地坐標已知，根據(jù)實際情況(定向點是在基站點的南邊還是北邊)，若定向點在基站的北邊，則要將后視的橫坐標不變，縱坐標值加上D，若定向點在基站的南邊，則縱坐標減去D。將定向點的坐標填入樣地記錄表格。定向點編號為B15-B ；
步驟4，將B15-A輸入全站儀作為基站點，將B15-B輸入全站儀作為定向點，將棱鏡直立在定向點處照準定向點B15-B，觀察誤差限，不超過0.01m，則觀測系統(tǒng)便建立，可以開始測
量了 ；
步驟5，棱鏡可以立在樹冠的邊緣，進行單木坐標絕對定位和樹冠量測；
步驟6，將坐標點疊加在經(jīng)過正射校正后的高分辨率遙感影像中，從而找到了單木的位置。
[0010]由于在外業(yè)過程中，調(diào)查人員的知識層次不一，不可避免會出現(xiàn)一些差錯，對于這些不可控因素，容易在步驟4，將GPS采集的坐標點(L，B)，輸入到全站儀中的時候橫縱坐標輸入反了。由于全站儀本身的獨立坐標系統(tǒng)縱軸為X軸，橫軸為I軸。同樣以B15-A為例，應該輸入全站儀為(4434234，443278)，即縱坐標(7位數(shù))輸在前面。而往往這個數(shù)就被輸成了(443278，4434239)。雖然并不影響全站儀最終所測得的單木坐標的相對位置。但在軟件處理的過程中仍然需要處理。下面主要介紹一下在ArcMap中處理的流程。
[0011]將全站儀測量得到的錯誤的結(jié)果導出，以賓得全站儀為例，保存為.dat格式的文件，用字符編輯器軟件打開，存成CSV格式的文件。并用excel另存一份。將所測得的地面單木數(shù)據(jù)通過ArcMap中的工具，導入xy點工具導入，導入是選擇x為橫坐標，即全站儀測出來的6位數(shù)的坐標值，y為縱坐標，即全站儀測出來的7位數(shù)的坐標值。注意，在ArcMap中xy軸是正常的數(shù)學上的定義。而全站儀中的xy軸是測量上的定義。輸入后發(fā)現(xiàn)跟實際情況不同，即出現(xiàn)了跟實地樹木對應不上的情況，如圖2所示。修改的流程如圖4所示，步驟如下:將所有樣地中的樹木點在編輯狀態(tài)下選中，運用ArcMap-〉編輯工具->Task->MirrorFeatures,作關(guān)于AB兩點的連線(基站點與定向點的連線)做一個鏡像對稱。便得到經(jīng)過修正的單木大地絕對坐標。
[0012]高分辨率遙感影像的預處理，采用比例尺為1:10000以上的地形圖及從地形圖的等高線提取的高精度DEM對快鳥影像進行基于控制點的正射校正，以消除地形起伏給圖像造成幾何畸變的影響，高分辨率遙感影像采用與手持GPS —致的坐標系統(tǒng)和投影參數(shù)，從而保證定位精度，最后利用測量點在快鳥影像上匹配，從而在遙感圖像上找到單木的位置，進一步提取單木信息，結(jié)果如圖3所示。
【權(quán)利要求】
1.一種應用于快鳥影像的山區(qū)單木快速絕對定位及坐標修正方法，其特征在于: 步驟1，先在樣地外沒有樹木遮擋的地方，尋找一明顯的地面特征點作為基站點(如道路的交叉口，建筑物，河流等); 步驟2，在手持GPS中設置參數(shù)，如本實驗選擇如下設置:選擇USER UTM Grid,中央經(jīng)線為E117。，投影比例為1，東西偏差為+500000m，地圖基準選擇User，設置相應的參數(shù)，接著利用GPS采集基站點坐標(L，B)； 步驟3，定向點設置，利用手持羅盤定向，從基站點(XA，YA)往北量測直線距離D，單位為米，定向點坐標為(Xa+D，Ya)； 步驟4，將定向點坐標按照儀器的提示輸入，并將棱鏡直立在定向點處，將全站儀瞄準棱鏡，照準定向點，觀測系統(tǒng)便建立，可以開始測量了 ； 步驟5，棱鏡可以立在樹冠的邊緣，進行單木坐標絕對定位和樹冠量測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述應用于快鳥影像的山區(qū)單木快速絕對定位及坐標修正方法，其特征在于: 由于在外業(yè)過程中，GPS采集的坐標點(L，B)，輸入到全站儀中容易輸成(B，L)，雖然并不影響全站儀最終所測得的單木坐標的相對位置，但是得到的顯然不是絕對大地坐標，下面主要介紹錯誤坐標修正方法: 步驟1，B15樣地全站儀測量的初步結(jié)果記做(Xtl, Y0), (XA, Ya)為基站點坐標； 步驟2，將(Xtl, Y0)作關(guān)于直線y=x的對稱點，得到(X’，Y’ )
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述應用于快鳥影像的山區(qū)單木快速絕對定位及坐標修正方法，其特征在于: 步驟1，將快鳥圖像的全色波段和多光譜波段分別進行基于控制點的正射校正，均方根誤差控制在I個象元之內(nèi)； 步驟2，將正射校正后的全色波段和多光譜波段圖像進行小波融合，提高目視解譯效果; 步驟3，將測量出的單木坐標，精確定位高分圖像上的單木。
【文檔編號】G01C15/00GK103557849SQ201310564134
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】張曉麗, 王書涵, 陳江凌, 白金婷, 趙明瑤, 李宏志 申請人:北京林業(yè)大學