水文地質(zhì)遙感影像圖制作的方法

  水文地質(zhì)遙感制圖是以遙感數據或圖像為信息員，一目視解意、機助解譯和計算機自動(dòng)識別提取的各種水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)等專(zhuān)題要素、圖形、數據位編輯對象，在水文地質(zhì)和要干專(zhuān)業(yè)理論的指導下，按照制圖的原則，編制相關(guān)專(zhuān)題圖件的過(guò)程。
  水文地質(zhì)遙感解譯圖件反映某一個(gè)時(shí)代水文地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)等特征及其演變的遙感信息，是水文地質(zhì)調查成果的重要組成部分。

  遙感影像圖制作有哪些：
  （一）遙感影像圖的基本用途
  遙感影像圖可以真實(shí)、直觀(guān)地提供調查區的宏觀(guān)景觀(guān)影像，既是室內遙感解譯重要依據、野外調查的工作手圖，同時(shí)也是各類(lèi)遙感專(zhuān)題圖件的基本載體c因此，遙感影像圖的制作是水文地質(zhì)遙感調查的基礎性工作，通常被列為調查的目標任務(wù)之一。
  用于制作遙感影像圖的數據必須適應水文地質(zhì)遙感調查的任務(wù)要求，具有較好的影像質(zhì)量。遙感影像圖的比例尺應根據任務(wù)要求、數據源特點(diǎn)和影像圖具體用途確定，一般情況下應與調查比例尺一致。在數據源空間分辨率許可時(shí)，室內解譯用圖與野外調查手圖的比例尺可以放大一級；調查區面積較大時(shí)，用于反映全區宏觀(guān)景觀(guān)特征的影像圖的比例尺可適當縮小。

  （二）遙感影像圖合成波段的選擇
  用于水文地質(zhì)調查的衛星遙感影像圖通常由不少于3個(gè)波段的數據合成。為了對調查目標有較好的識別和分類(lèi)的效果，選取的波段應能最大限度地反映目標物的典型光譜特征，而且波段間有較小的相關(guān)性。

  （三)遙感影像圖數據類(lèi)型的確定
  遙感影像數據是水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)遙感調查的基本信息源。在地形高差較小的地區，或水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)要素特征較明顯的地區，可直接使用進(jìn)行過(guò)數據輻射校正和幾何校正等預處理的遙感影像數據；在地形高差較大，或水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)要素特征不夠明顯的地區，應使用正射影像數據。

  （四）遙感影像圖制作方法
  1．遙感數據的噪聲處理和波段配準
  遙感影像圖制作前需要對選定的遙感影像數據進(jìn)行噪聲處理和波段配準。圖像噪聲可采用低通濾波或其他濾波方法消除。
  同一景、同～時(shí)相衛星圖像不同波段間的地理錯位，一般可通過(guò)水平或垂直方向平移圖像，實(shí)現波段間的配準。不同衛星接收的遙感圖像，由于遙感器成像機理、空間分辨率、瞬時(shí)視場(chǎng)等方面的差異，圖像像元間不存在完全的對應關(guān)系，圖像間的配準比較復雜，需要根據具體情況選擇合適的方法。
  2．影像幾何精糾正
  用于水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)遙感調查的數據通常已由數據提供部門(mén)（如衛星地面接收站）對遙感器性能及地球曲率、自轉等原因引起的系統幾何畸變進(jìn)行了常規的幾何校正處理（常稱(chēng)粗校正）。遙感影像圖制作前的幾何糾正是指對影像數據中仍殘剩的非系統幾何畸變進(jìn)行幾何校正處理（常稱(chēng)精校正）。
  遙感圖像的幾何精校正是將圖像坐標按一定的精度要求變換到地形圖的地理坐標系中，并按新圖像像元的大小，通過(guò)重采樣獲得新像元亮度值的過(guò)程。具體做法分以下兩步！
  1)控制點(diǎn)選擇與圖像擬合。幾何精校正的實(shí)質(zhì)是利用地面控制點(diǎn)資料對遙感圖像的幾何畸變進(jìn)行校正。地面控制點(diǎn)資料可從地形圖上選取，或從測繪部門(mén)獲得，從地形圖上選取控制一點(diǎn)應滿(mǎn)足下列條件：①地形圖的比例尺應不小于水文地質(zhì)遙感調查的比例尺。
  ②所選的控制點(diǎn)位在地形圖及遙感圖像上均能正確識別和定位，一般宜選擇不易變化的特征點(diǎn)，如道路交叉點(diǎn)、橋梁、水壩等地物，其圖像應清晰。③控制點(diǎn)位應盡可能分布在圖像中心點(diǎn)附近及8個(gè)象限中。④每個(gè)標準圖幅所選控制點(diǎn)總數控制在13 - 16個(gè)為宜。
  校正時(shí)先依據地面控制點(diǎn)數據建立起畸變圖像空間與標準地理制圖空間的對應關(guān)系，然后以這種對應關(guān)系用一個(gè)適當的數學(xué)模型（通常為二元多項式）通過(guò)擬合方法，把原圖像（畸變圖像空間）中的全部像元變換到新圖像（標準地理制圖空間）中。
  控制點(diǎn)擬合中誤差一般要求不大于1.5個(gè)像元。若擬合誤差超出了規定要求，則需要選取新的控制點(diǎn)，重新進(jìn)行擬合并計算擬合中誤差，直至達到要求的精度為止。
  2)像元的重采樣。變換后在新圖像中重新定位的像元點(diǎn)，對應于變換前原圖像中位置的行列編號通常不再是整數，因此需要根據新圖像各像元在原圖像中的位置，對原圖像按一定規則重新采樣，進(jìn)行點(diǎn)位亮度值的插值計算。最常用的插值方法有鄰近點(diǎn)位法、雙線(xiàn)性?xún)炔宸ê土⒎骄矸e內插法等。
  3．圖像鑲嵌
  遙感影像圖制作過(guò)程中常常因為工作區超出了單景遙感圖像覆蓋的范圍，需要將互相鄰接的多幅圖像按幾何位置拼接成一幅完整的圖像。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為圖像鑲嵌。用數字圖像處理方法拼接圖像則稱(chēng)為數字圖像鑲嵌，其主要任務(wù)是對需要拼接的圖像進(jìn)行幾何配準和色調的匹配，具體步驟包括：圖像選擇、重疊區影像幾何配準、重疊區亮度匹配、拼接邊
  選擇和拼接區亮度平滑。
  1)圖像選擇。在待拼接的圖像中通常將工作區的主體圖像或時(shí)相、色調、影像質(zhì)量等具代表性的圖像確定為參考圖像，其他將與之拼接的圖像則稱(chēng)為被鑲嵌圖像。拼接時(shí)都依參考圖像的幾何空間位置和色調為基準，將被鑲嵌圖像逐一拼接到參考圖像上。
  2)重疊區影像幾何配準。在兩景圖像的重疊區中通過(guò)一一對應地尋找若干組同名地點(diǎn)（也稱(chēng)鑲嵌控制點(diǎn)）的像元坐標，建立起該重疊區兩圖像空間坐標間的映射關(guān)系，  再采用多項式擬合的方法，達到兩景圖像相接像元的幾何配準。多項式擬合的均方差越小，幾何配準的精度越高。通常要求擬合均方差應小于1個(gè)像元，使水系、道路和山脊線(xiàn)  等線(xiàn)性地物的拼接處沒(méi)有錯位。
  在進(jìn)行大范圍多景圖像的鑲嵌處理時(shí)，要特別注意累積的誤差或個(gè)別低精度圖像可能會(huì )造成被鑲嵌圖像幾何形態(tài)的扭曲變形。出現這種情況時(shí)，需要開(kāi)辟新的拼接區進(jìn)行鑲嵌，并劃分子區對圖像進(jìn)行幾何精校正，以保證圖像的幾何精度。
  3)重疊區亮度匹配。亮度匹配的目的是盡可能地消除不同時(shí)相圖像拼接時(shí)會(huì )出現的色調差異，以保證鑲嵌后圖像的色調整體上協(xié)調一致。最常用的亮度匹配方法是直方圖匹配法。即以參考圖像的像元亮度值直方圖為基準，調節被鑲嵌圖像的像元亮度值直方圖，使兩者的特征盡量地接近。
  4)拼接邊選擇。為了盡可能地消除兩景圖像拼接后出現明顯的色彩跳躍而造上的“拼接縫”，通常選擇沿地物自然邊界的折線(xiàn)或曲線(xiàn)作為拼接邊。
  5)拼接區亮度平滑。圖像鑲嵌后，拼接線(xiàn)兩側圖像的色調仍然會(huì )有一定程度的差異，影響鑲嵌圖像的整體效果。因此，通常需在拼接邊兩側一定寬度內采用“羽化”的方法進(jìn)行亮度值平滑。
  4．圖面整飾
  圖面整飾分為圖廓整飾和圖外整飾兩部分。圖廓整飾內容包括內圖廓、外圖廓繪制和經(jīng)緯網(wǎng)注記；圖外整飾內容則包括標注圖名、數字比例尺和線(xiàn)段比例尺、圖例、圖幅接圖表、圖像拼接表、圖像制作說(shuō)明、編圖責任表等。
  5．遙感影像圖的精度評價(jià)
  評價(jià)影像圖整體地理定位精度的方法是在圖上均勻地隨機抽取一定數量的檢測點(diǎn)，讀取它們的坐標值；同時(shí)在比例尺大一級（或以上）的地形圖或專(zhuān)題圖上讀取這些檢測點(diǎn)對應位置的坐標值作為真值。

  （五）遙感正射影像圖的制作
  工作區位于地形高差較大的地區時(shí)，采用一般的控制點(diǎn)-多項式擬合方法不能糾正地形高差引起的像點(diǎn)平面位移，需要使用相對應比例尺的數字高程模型（DEM），改正由地形投影差帶來(lái)的誤差，制作正射影像圖。

  （六）三維遙感影像圖以形象地顯示地表各種水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、災害地質(zhì)要素，給人以身臨其境的感覺(jué)，在水文地質(zhì)遙感調查與監測中越來(lái)越廣泛地應用。
  根據調查和實(shí)用的要求，三維遙感影像圖可以隨意選定入視角的大小、方向和高程比例，也可以疊加地理、人文、專(zhuān)題等要素的符號和注記。