论文总字数：16531字

摘 要

遥感影像地图是一种以遥感影像和一定的地图符号来表现制图对象地理空间分布和环境状况的地图。与普通地图相比，影像地图具有丰富的地面信息，内容层次分明，图面清晰易读，充分表现出影像与地图的双重优势。

本课题以陕西省ETM遥感影像、陕西省行政图为数据源，基于ENVI软件完成了陕西省遥感影像地图的制作。首先介绍ENVI软件以及遥感影像的当前发展情况；然后对影像进行预处理，包括：波段组合、几何校正、图像裁剪、图像分类以及最后的图形整饰；最后利用分类的遥感影像图和矢量图层制作出一幅陕西省遥感影像地图。论文还对制作过程中的关键技术问题进行探讨。

关键词：遥感影像 行政地图 遥感影像地图 陕西省

Production of remote sensing image map of Shaanxi Province

ABSTRACT

Remote sensing image map is a kind of map, which is based on the remote sensing image and certain map symbols to represent the spatial distribution and environmental conditions of the drawing objects. Compared with normal maps, image map shows dual advantages of images and maps with abundant ground information, distinct structure surface, and legibility.

Taking ETM remote sensing image and administrative map of Shaanxi Province as data sources, the paper carries out the research on the production of remote sensing image map based on ENVI software. Firstly, the current development of ENVI software and remote sensing image is introduced. Then the image is pretreated, including: band combinations, geometric correction, image cropping, image classification and graphic design. At last, a remote sensing image map of Shaanxi province is produced by the classification of remote sensing image and vector layer. The paper also discusses the key technical issues in the production process..

Keywords: Remote sensing image; administrative map; remote sensing image map; map of Shaanxi Province

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1课题研究的背景 1

1.2研究的目的和意义 2

1.3课题研究的现状 2

1.3研究的内容 3

1.4研究的技术路线 4

第二章 遥感影像预处理 6

2.1波段组合 6

2.1.1波段组合原理 6

2.1.2波段的选择依据 6

2.1.3波段组合 6

2.2图像镶嵌 9

2.3图像几何纠正 10

2.3.1几何校正的概念原理： 10

2.3.2几何校正的步骤 11

2.4边界矢量化 13

2.5图像裁剪 14

2.6图像增强 14

2.7分类 15

2.7.1 分类原理 15

2.7.2监督分类方法 16

2.7.3 监督分类实验 16

第三章 陕西省遥感影像地图制作 19

3.1 矢量图层的生成 19

3.2影像地图制作 20

3.2.1 遥感制图的基本要求 20

3.2.2 制图流程 21

3.2.3 制图要素 21

3.2.3 图像整饰 21

3.3 最终成果图展示 22

第四章 总结 23

致谢 26

第一章 绪论

1.1课题研究的背景

近年来，遥感方面的技术不断得到发展，有关地图编制的理论及其常规方式也都发生了巨大的变化，遥感技术在地图学领域得到了普遍的应用。同时，基于地理信息方面数据的快速编辑方法以及对遥感影像地图的持续更新也逐渐受到了人们密切的关注。遥感技术是一门正快速发展的高新手段。主要特点有：

1. 在探测范围方面：一般用于航空摄影的飞机能飞到10km左右的高度，但是和陆地卫星轨道高度的910km左右相比较，就显得很低了。就我国的陆地范围而言，一共只需要600多张的陆地卫星拍摄图像就可以完全覆盖了。
2. 在时效性方面：借助遥感技术，人们能够更快的获取到所需的信息，周期非常短。我们能够及时快速的获取卫星所经过的地区中发生的各种情况的最新资料。
3. 在周期性方面：遥感技术可以用很快的时间就能对某块地区进行反复的监测，这有利于对该地区的各种情况进行动态的监测及分析。
4. 在获取资料方面：就目前技术来说，一般实地去测量地形再绘制地图，可能会需要几年甚至几十年才能重复一次，并且更加耗费人力物力，与其相对的是，这些卫星将地球覆盖一遍有的甚至只需要16天就可以了。
5. 在受地面条件限制方面：遥感技术不受高山、冰川、及恶劣天气的影响，所受到的外在限制很少，这样我们随时都可获取所期望得到的各种相关信息。
6. 在获取信息方面：遥感技术现如今能够通过不同的波段以及不同的遥感观测仪器来获得信息；发展至今，如今其技术已经发展到不仅能够利用可见光的波段来监测实际物体了，还能利用那些人眼所看不见的不可见光。
7. 在用途方面：现如今遥感技术已经广泛应用于科学研究、环境保护、气象变换、矿产勘探、农业发展、医学发展、国防建设等众多领域中。
8. 在经济方面：航空遥感具有低成本、高效益的特点，随着航天遥感技术的发展，遥感将会在更低的成本下，获取到更高的经济效益和社会效益。

基于遥感技术上述的这些优点，我们就可以利用ENVI软件来制作陕西省遥感影像地图从而得到较为清晰的陕西省地理空间分布和环境状况。

1.2研究的目的和意义

遥感影像地图是一种借助卫星拍摄的遥感影像图和按照习惯定的一些地图表示符号来表现所拍区域中各相关要素在地理空间的分布及表现出其环境状况的地图。遥感影像地图与普通测量所得的地图相比较而言，展现出了更加全面的地面信息，同时其内容层次也更加分明，图面信息清晰明显，另外影像地图的现势性特别强，能够更快、更新、更精确地表现出实地的相关地理要素的改变。由此可见，遥感影像地图是将所拍摄的影像与现有地图相结合，从而更充分地表现出他们各自所具有的优点。众所周知，遥感影像图所展示的是制图区域内各自然要素的总体特征。它能够详细且全面地表示上述各要素，并不会偏重于其中的某些要素，为人们提供了可以了解这一区域的全面资料，是研究的基础性信息图件。

在遥感影像地图的制作领域中，遥感影像地图虽然自1943年后就有一些国家开始着手研究与制作，但直到上世纪六十年代左右才真正获得较快发展，并且能够应用于实际并开始利用所拍摄的影像制作和运用影像地图了。全球各项研究报告都表明全球遥感产品市场产值正呈现出逐年加速增长的趋势。

遥感技术与社会经济发展中各个领域息息相关，在推动国民经济建设、促进社会进步、改善生态环境和加强国防安全方面都起到了不可替代的作用。由遥感技术观测到的动态的自然现象也已经引起了大家的格外重视；在海洋方面的研究中，遥感技术已然成为一种必不可少的手段；各项资源的调查也都离不开遥感手段。另外，遥感在解决各种环境变化、灾害预测和工程建设中都发挥了巨大的作用。利用遥感相关技术来开展地质灾害调查是必要的也是可行的，同时这更是与日常的生活直接相关联的。现如今遥感方面的技术的发展已经能够包含各项地质灾害相关的调查、监测、预警以及评估研究的整个过程了。随着遥感技术理论知识的进一步完善以及遥感图像的各项分辨率的不断提高，在不久的将来，遥感技术将会成为将来研究地质灾害动态监测及其中的各项评估工作中不可缺少的工具之一。

1.3课题研究的现状

美国在遥感技术方面的发展水平是最高的。另外，在载荷的研究与制作方面，美国也是处在世界的前端，现如今，他们已经有技术将不同种传感器集成到卫星上，再通过将有高分辨率的摄像机安装到这些卫星上，使得遥感的时间分辨率又得到进一步的提升。在数据传输方面，美国的技术发展已经可以使得每位用户能够方便直接的接收到遥感信息，并能够直接服务于每一位用户。在中国，与遥感相关的产业主要还是由政府主导和规划的，总体来说，商业化程度还较低；并且在时间分辨率等各方面都还有很大的提升空间。

陈白，王佩，崔彩凤以专业的地理信息系统软件 ArcGIS 为平台，探索在该环境下影像地图的快速编制方法^[9]。

孙成忠，李成名，洪志刚提出一种利用卫星遥感图像来快速地对城市地图进行更新的技术方法，在经过多次试验后，他们证实了该方式的可操作性^[6]。

赵莹莹，杨志波以“宏观到局部、综合到专项”为思路，将综合交通与专项规划的元素引入影像地图中，利用多种现代电子地图成图方法，将复杂的综合或专项的地理信息数据相互融合，栅格与矢量的图形自由结合，完成了一本能够完整表现出长沙城市现状的图集，除此之外，该图集还能够展现出长沙市在交通方面的规划发展。更值得一提的是，图集也对图画增添了很多的细节处理，使得该图集美观、真实而且直观易懂^[11]。

何宗宜，刘新华依据制作《关中地区影像图》的生产实践, 对制作遥感影像地图所需要的计算机环境、操作流程、关键性技术问题的解决以及制图工艺流程进行阐述^[5]。

司连法，吴川使用我国资源卫星数字遥感影像资料，并与相关地图数据库和GIS系统想结合，来实现对地图数据库的更新,从而探索出了一条利用遥感和地理信息系统辅助地图制图的新途径^[12]。

沈延敏用最新的陆地卫星(IANDSAT)TM数字或模拟产品作为主要信息源，编制了1：100万和1：250万四川省旅游资源分布图和四川省森林资源分布图，使用现势资料来进行编制地图的方法来解决那些影像成果清晰度等不符合调查要求的区域的问题^[5]。

1.3研究的内容

本课题以陕西省ETM遥感影像数据及陕西省行政图为数据源，利用ENVI软件制作一份陕西省遥感影像地图。

ENVI是常用的遥感图像处理软件，是一个相当全面的遥感图像处理的平台。该软件包括的功能已经涉及了遥感影像地图制作的全部流程，比如影像数据的输入/输出功能、图片镶嵌、几何纠正、图像增强、数据融合，当然还有各种色彩变换、信息提取、图像分类、与GIS的整合以及三维立体显示分析等等各个方面。基于这些强大的功能，ENVI软件现如今也被普遍地应用在科学研究、环境保护、气象变换、矿产勘探、农业发展、医学发展、国防建设、水利工程、海洋探测、测绘探查、影像图制图以及城镇和乡村之间的区域发展规划等众多领域。

本课题研究主要内容包括：

（1）波段组合 由于所给影像资料是单波段的影像，颜色比较单一，通过波段组合之后，就可以将原先单一颜色的影像转变成彩色图像。

（2）几何纠正 将不同时段拍摄到的两幅遥感影像或者是地图与遥感影像之间的同一位置找出，作为控制点选取出来进行纠正，其目的是将具有几何畸变的图像中的变形消除。这是制作遥感影像过程中至关重要的一步。

（3）遥感影像分类 这是一种用已经被确定种别的样本像元去辨识另外未知种别像元的过程。通过分类，将各类地区其区别开来。

（4）影像地图的制作 需要叠加矢量图层，在分类后的影像图上添加各项注记、比例尺、指北针以及坐标系信息等。

1.4研究的技术路线

论文研究的技术路线如图1-1所示。

资料收集和分析

选纠正点

地理地图

纠正后行政图

矢量化

地图制作

几何纠正

图像裁剪

遥感图像

图像增强与分类

波段组合与图像镶嵌

图1-1 技术路线图

第二章 遥感影像预处理

2.1波段组合

2.1.1波段组合原理

通过将不同波段的影像文件组合在一起来得到不同的效果。再根据测绘目的和个人的要求以及根据具体的图像进行判读来选择不同的波段，从而来提高解译的速度以及精度。

ETM数据包括可见光、近红外、短波红外和热红外波段和其他数据，数据取决于应用方向和信息提取目的有多种不同组合。目前，在今后相当长的时间内，处理出信息丰富的彩色合成图像仍然是遥感图像处理的主要任务。目前投入使用的数字图像处理系统都采取的方法是放置三个波段图像在三个通道上，然后分配给红、绿、蓝或其补色黄、品、青，叠合在一起而得彩色图像，即三色合成原理。

2.1.2波段的选择依据

根据彩色合成原理及视觉感官的主观判断准则来进行波段的选择，以达到提高解译的速度和精度的目的。TM图像一共有7个波段, 其中第6波段比其它各波段的分辨率低4倍，并且有可能受大气严重干扰，故这个波段一般不参与合成的步骤。本课题中，采用目视解译的方式通过对比研究，最终选择了TM7、TM5和TM4波段，此种波段组合所合成的图像还有另外一个名字，就是陆地卫星标准假彩色图像。一般而言，该组合适宜于比较潮湿的地方，且相较其他组合而言，这种组合能够提供最大的空间分辨率，得到的成果图相比较其他而言也更为清晰。

通常有两种途径来评估所合成影像的质量：一是采用信息论及数学方法；二是通过相关的彩色合成原理以及个人在视觉感官上的差异所造成的不同主观判断准则。本课题就是根据不同波段组合之间的相关系数以及RGB彩色合成的原理再加上个人的视觉感官来共同判断选出最合适的波段组合。通常，在窗口中展示出来的彩色图像是RGB假彩色合成图像。一般可以根据用途的不同来选择不同波长范围内的波段来作为RGB分量进而合成RGB彩色图像。

2.1.3波段组合

ETM影像各波段的特点如下表2-1所示。

表2-1 ETM影像各波段特性

续表2-1

各波段组合的特性如表2-2所示。

表2-2 波段组合的特性表

选择RGB Color，分别选择三个波段为：R—Meta(band7)，R—Meta(band5)，R—Meta(band4)，将754这三种波段进行波段组合，波段组合后的影像如图2-1所示。

图2-1 754波段组合的遥感影像

2.2图像镶嵌

图像镶嵌即是指在按照一定的数学公式，把相邻的多幅波段组合后的遥感影像镶嵌形成一个较大范畴且没有缝隙的影像的一个过程。在进行图像拼接期间，需要确定一幅基准影像，作为参考输出的镶嵌图像的图像基准，这决定了匹配镶嵌图像的对比度、以及输出图像的像元大小和数据类型等。镶嵌得两幅或多幅图像尽量选择相同或相近的成像时间，使得图像的色调保持一致。但使边缘色调相差太大时，可以使用用直方图均衡、色彩边缘平滑等处理方式使得接边尽量一致，但如果图像用于提取变化信息时，那么相邻影像的色调不允许平滑处理，以此来避免信息变异。

ENVI的图像镶嵌功能可以将很多幅不管有没有地理坐标的影像合并在一块，形成一幅合成图像。本课题使用的是有地理参考的图像镶嵌。镶嵌之后的陕西省遥感影像地形图如图2-2所示。

图2-2 拼接后的遥感影像图

2.3图像几何纠正

2.3.1几何校正的概念原理：

几何校正的含义是将一幅含有几何变形或者比例尺有差别的原始拍摄所得的遥感图像，在经过某种数学转换之后来形成一幅切合某种地图投影或者图形表达要求的遥感影像。一般是用具备地理参考的全色波段图像来作为基础，接下来再对另一幅不包含地理坐标的多光谱图像进行几何校正。几何校正有两种比较基础的计算过程:一是把每一个原始像素点值都先通过运算，来换成在后来生成的遥感影像中的坐标，二再重新运算得到每一个原始的像素点在后来得到的遥感图像中的像元亮度值。在选好所有的控制点之后，其会直接交由计算机相关校正软件自动地完成相关校正运算的过程。不过在选择控制点的时候则还是需要自己手动进行，个人选择的精确与否与所选点的恰当性都会直接对最后几何校正的处理成果产生影响。 

让人满意的遥感图像即是指能够客观地表达出各种地面物体的辐射能量大小的情况及其各自的几何特性的影像，可是这种情况在现实上是不可能存在的。在实际工作中，遥感影像的成像、传输及显示等过程都会造成图像质量的降低，得到的遥感图像都会有别于地物的原始几何特征、辐射产生的能量或者亮度分布情况。为了提取更加可靠的信息，遥感图像通常需要经过校正。

系统性和非系统性这两种因素都会导致图像发生几何畸变。系统性原因一般是由传感器本身所引起的，这种变形可以用传感器模型来校正；而非系统原因则是由于传感器平台本身所具有的高度和平台姿态等因素的不稳定性以及由地球曲率、空气折射、地形变化等各种原因所引起的。在本课题中图像几何纠正主要就是为了消除非系统性的几何变形。

遥感传感器的不同、遥感平台的不同以及地球自身等各方面所造成的原因，使得原始的遥感影像通常都包含严重的几何畸变。可根据引起原因的不同将几何变形分为内部和外部几何变形。内部几何变形一般由遥感系统本身所引起，属于系统性变形，这种变形具有一定的规律性，并且其变形大小一般事先都能够预测到，所以通常可通过分析传感器特性和星历表数据等方式来进行校正。外部几何变形是指由于外部因素使得本身处于正常状态下的遥感系统村庄变形，这种变形往往是不规律的，难以预测其大小，所以一般在获取图像后就进行校正。

几何校正的目的在于校正这些内外部因素引起的各种变形，从而实现与标准的影像或者和其他地图的整合，使得到的影像能给其他空间数据信息仪器使用。

2.3.2几何校正的步骤

第一步：选取TM影像图为基准图，陕西省行政图为待校正图。

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