王立剛，池淑文

（1.寧夏國(guó)土資源地理信息中心，銀川 寧夏 72002）

地理國(guó)情普查時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)變化區(qū)域自動(dòng)檢測(cè)方法

王立剛1，池淑文1

（1.寧夏國(guó)土資源地理信息中心，銀川 寧夏 72002）

分析了目前所能采取的地理國(guó)情普查變化區(qū)域的檢測(cè)方法，介紹了基于影像的變化區(qū)域監(jiān)測(cè)流程。由于受到數(shù)據(jù)源的制約，此次時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)不具備采用遙感解譯軟件直接進(jìn)行變化區(qū)域識(shí)別的條件，提出了一種基于前一階段生產(chǎn)的成果數(shù)據(jù)，結(jié)合時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像，利用地理國(guó)情要素提取與解譯系統(tǒng)軟件，先對(duì)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，再找出變化區(qū)域的方法，即基于影像變化檢測(cè)出變化區(qū)域的方法。

變化區(qū)域檢測(cè)； 地表覆蓋分類(lèi)； 監(jiān)督分類(lèi)

地理國(guó)情普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)的主要目標(biāo)是通過(guò)核實(shí)從數(shù)據(jù)采集到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)階段發(fā)生變化的內(nèi)容，利用最新時(shí)相的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)并核查到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)階段發(fā)生變化的地表覆蓋和地理國(guó)情要素，核準(zhǔn)各類(lèi)內(nèi)容的正確性，補(bǔ)充新增內(nèi)容，消除普查前階段由于資料時(shí)效性和外業(yè)局限性等導(dǎo)致的現(xiàn)勢(shì)性參差不齊現(xiàn)象，使普查成果盡可能反映普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)的狀態(tài)。

地理國(guó)情普查時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)區(qū)域變化檢測(cè)是利用時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像進(jìn)行數(shù)據(jù)分類(lèi)提取，和前一階段生產(chǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，檢測(cè)出該地區(qū)的地物有無(wú)變化，并對(duì)變化范圍進(jìn)行定性。

1 時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)變化區(qū)域檢測(cè)方法介紹

常用遙感影像處理軟件只能對(duì)相同數(shù)據(jù)源、時(shí)相較為接近的影像進(jìn)行自動(dòng)比對(duì)，找出變化區(qū)域，而此次地理國(guó)情普查前一階段生產(chǎn)使用的大多為0.5 m分辨率影像，而時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)主要采用2.1 m分辨率的影像，且時(shí)相也大多不相同，故此次變化區(qū)域自動(dòng)監(jiān)測(cè)不能用遙感影像處理軟件直接提取變化區(qū)域。針對(duì)此次地理國(guó)情普查的數(shù)據(jù)現(xiàn)狀，變化區(qū)域檢測(cè)可采用普查成果疊加新影像人工檢查變化和基于影像變化檢測(cè)識(shí)別變化區(qū)域兩種方式，技術(shù)流程如圖1所示。

1）普查成果疊加新影像人工檢查變化是利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)新影像疊加前階段普查數(shù)據(jù)成果，并對(duì)照前階段使用的影像資料，時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)方案列出的重點(diǎn)內(nèi)容，選擇目標(biāo)類(lèi)型圖斑或要素，逐一對(duì)比影像，確定是否發(fā)生變化。

2）基于影像變化檢測(cè)識(shí)別變化區(qū)域。利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)的遙感影像數(shù)據(jù)，采用地理國(guó)情要素提取與解譯系統(tǒng)，利用前一階段生產(chǎn)的遙感解譯樣本數(shù)據(jù)和地表覆蓋分類(lèi)數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)，通過(guò)自動(dòng)或人機(jī)交互，識(shí)別出2個(gè)時(shí)間之間發(fā)生變化的區(qū)域。

圖1 時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)變化區(qū)域識(shí)別技術(shù)流程圖

由于時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)階段時(shí)間緊、任務(wù)重，工作量大，傳統(tǒng)的利用普查成果疊加新影像檢查變化區(qū)域需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間。本文主要研究基于地理國(guó)情要素提取與解譯軟件，充分利用前一階段生產(chǎn)的地表覆蓋分類(lèi)成果數(shù)據(jù)和遙感解譯樣本成果數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)利用影像變化檢查變化區(qū)域的方法。

2 變化區(qū)域自動(dòng)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)

基于影像變化檢測(cè)識(shí)別變化區(qū)域的主要流程是收集新影像資料進(jìn)行分析、對(duì)新影像進(jìn)行幾何校正、對(duì)校正好的影像進(jìn)行分類(lèi)和變化區(qū)域識(shí)別4個(gè)步驟。

2.1 影像資料收集分析

寧夏第一次地理國(guó)情普查時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)使用國(guó)普辦下發(fā)的ZY-3、ZY-2和GF-1衛(wèi)星影像，分辨率分別為2.1 m、2.1 m和2.0 m，時(shí)相集中在2015年3月和4月，時(shí)相和分辨率均滿足國(guó)普辦時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像要求。寧夏第一次地理國(guó)情普查時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)數(shù)據(jù)源即為本次研究數(shù)據(jù)源。

2.2 幾何校正

幾何校正就是遙感影像在做解譯前，需要用戶進(jìn)一步使遙感影像的幾何位置與某種地理坐標(biāo)系統(tǒng)相符合，并與地圖進(jìn)行配準(zhǔn)[1]，從而使遙感影像的幾何位置與地形圖的投影位置相符合，完成遙感影像的精校正。

由于本研究獲得的資源三號(hào)衛(wèi)星遙感影像已經(jīng)作過(guò)幾何粗校正，所以只需要利用之前的地理國(guó)情普查控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行影像配準(zhǔn)和融合，并在輸出時(shí)將2.1 m分辨率重采樣為2.0 m，以滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)定要求。

2.3 遙感影像的分類(lèi)

遙感影像地表覆蓋分類(lèi)信息提取過(guò)程也是遙感影像的分類(lèi)過(guò)程。常用的遙感分類(lèi)方法包括人工目視解譯和計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類(lèi)兩種[2]。人工目視解譯是根據(jù)地物的光譜、紋理、大小、位置、相關(guān)布局等空間特征，結(jié)合解譯人員的經(jīng)驗(yàn)，提取遙感影像信息的方法，精度較高，但效率較低；計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類(lèi)雖然精度相對(duì)較低，但是分類(lèi)效率比較高。

此次研究采用基于統(tǒng)計(jì)的遙感分類(lèi)技術(shù)，其核心就是對(duì)地物目標(biāo)的特征分布函數(shù)進(jìn)行建模解算，從而依據(jù)最小分類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)圖像中的地物分類(lèi)。通常將這一過(guò)程細(xì)分為：數(shù)據(jù)選擇→預(yù)處理→樣本選擇→特征提取→地物分類(lèi)→結(jié)果驗(yàn)證→最終分類(lèi)結(jié)果[3]。其核心就是利用前一階段生產(chǎn)的遙感解譯樣本數(shù)據(jù)來(lái)提高計(jì)算機(jī)分類(lèi)精度，從而準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)變化區(qū)域。

訓(xùn)練樣本采集是在影像數(shù)據(jù)校正完成后，將前一階段完成的遙感解譯樣本數(shù)據(jù)提取出來(lái)，利用遙感解譯樣本數(shù)據(jù)的樣點(diǎn)坐標(biāo)（包括X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)）、方位角和拍攝距離4個(gè)字段，計(jì)算出樣本點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)。利用GIS軟件，將遙感解譯樣本點(diǎn)坐標(biāo)展到地表覆蓋分類(lèi)數(shù)據(jù)上。按照地表覆蓋分類(lèi)代碼，分別均勻選取10個(gè)一級(jí)類(lèi)的遙感解譯樣本點(diǎn)，每個(gè)地類(lèi)選取50個(gè)左右，選取原則是選擇有代表性、分布較為均勻的樣點(diǎn)。核對(duì)遙感解譯樣本點(diǎn)的CC值與地表覆蓋分類(lèi)代碼是否一致，如果不一致，不將其作為此次研究的訓(xùn)練樣本，如果一致，則進(jìn)行保留。將保留的樣點(diǎn)與時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像進(jìn)行人工比對(duì)，保證樣點(diǎn)所在地的地表覆蓋分類(lèi)未發(fā)生變化。為了保證分類(lèi)結(jié)果的精度，要求有足夠的選擇正確的訓(xùn)練樣本，訓(xùn)練樣本數(shù)量越多，分類(lèi)精度越高。

依據(jù)建立的分類(lèi)模板在一定的分類(lèi)規(guī)則條件下，進(jìn)行影像分割（鑒于影像分辨率為和地理國(guó)情普查最小圖斑要求，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，選擇分割尺度為20時(shí)效果最佳）。再導(dǎo)入已制作好的訓(xùn)練樣本點(diǎn)，對(duì)圖像像元進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，分類(lèi)結(jié)果如圖2所示。

圖2 地表覆蓋監(jiān)督分類(lèi)結(jié)果圖

利用地理國(guó)情要素提取與解譯系統(tǒng)分類(lèi)精度評(píng)價(jià)，對(duì)分割尺度為20的自動(dòng)分類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，精度評(píng)價(jià)結(jié)果達(dá)到0.93。

2.4 變化區(qū)域識(shí)別

將前一階段生產(chǎn)的地表覆蓋分類(lèi)數(shù)據(jù)與自動(dòng)分類(lèi)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS中，分別將兩期數(shù)據(jù)用Disslove工具按各自的地類(lèi)編碼合并，處理好后用Intersect工具求兩期數(shù)據(jù)的交集要素，即可生出地類(lèi)轉(zhuǎn)移矩陣，找出變化區(qū)域并確定變化后的地類(lèi)。

2.5 結(jié)果評(píng)價(jià)

此次實(shí)驗(yàn)的監(jiān)督分類(lèi)數(shù)據(jù)結(jié)果正確率和可靠度較高。利用變化區(qū)域自動(dòng)檢測(cè)方法找出變化區(qū)域后與人工進(jìn)行變化區(qū)域的成果進(jìn)行比較，不僅無(wú)遺漏，而且能夠更詳細(xì)地發(fā)現(xiàn)變化圖斑，能滿足地理國(guó)情時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)變化區(qū)域識(shí)別需求。

3 結(jié) 語(yǔ)

雖然時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像數(shù)據(jù)與前一階段生產(chǎn)所采用的正射影像數(shù)據(jù)源類(lèi)型不同、時(shí)相不同，但是充分利用遙感解譯樣本數(shù)據(jù)和前一階段的地表覆蓋分類(lèi)數(shù)據(jù)，選擇恰當(dāng)?shù)挠?xùn)練區(qū)和分類(lèi)方法，使用地理國(guó)情要素提取與解譯系統(tǒng)，能夠找出時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)的變化區(qū)域并進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)，可信度較高。此方法也可用于地理國(guó)情時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)變化區(qū)域發(fā)現(xiàn)和后期的質(zhì)檢工作，同時(shí)，自動(dòng)分類(lèi)結(jié)果可作為人工分類(lèi)參考。

由于地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)采集精度要求較高，找出的變化圖斑不能直接作為成果數(shù)據(jù)引用，還需要人工對(duì)變化范圍內(nèi)的地物進(jìn)行勾繪，或者對(duì)自動(dòng)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行編輯。

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第一作者簡(jiǎn)介：王立剛，碩士，主要從事地理信息數(shù)據(jù)共享應(yīng)用和地理國(guó)情普查及成果應(yīng)用研究。

P237

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1672-4623（2016）10-0033-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.10.009

閆鳳英，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榫幼⌒袨槔碚?、城?zhèn)化與住區(qū)研究。

2016-01-22。