虎振興 徐泓 汪超亮 周增光 李子揚(yáng) 李傳榮*

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基于時間序列遙感影像的滑坡檢測方法

虎振興1,2徐泓3汪超亮1周增光1李子揚(yáng)1李傳榮1*

（1 中國科學(xué)院光電研究院 中國科學(xué)院定量遙感信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094）（2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）（3 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部高技術(shù)研究發(fā)展中心，北京 100044）

植被覆蓋指數(shù)（NDVI）的變化廣泛應(yīng)用于滑坡檢測，通過檢測滑坡后時間序列NDVI的恢復(fù)速率可以有效區(qū)分與滑坡光譜特征變化相似的區(qū)域。但時間序列檢測需要較多遙感影像數(shù)據(jù)，單一傳感器的數(shù)據(jù)難以滿足需求，因此多源遙感影像成為一種可供選擇的解決方案。由于滑坡區(qū)域植被恢復(fù)緩慢而非滑坡區(qū)域植被恢復(fù)較快的差異，基于此特點(diǎn)利用高時間分辨率的時間序列遙感影像對滑坡區(qū)域的植被恢復(fù)速率進(jìn)行多次檢測的方法，可以有效排除非滑坡區(qū)域，得到更加準(zhǔn)確的滑坡檢測結(jié)果。文章以云南省魯?shù)榈貐^(qū)為試驗(yàn)區(qū)，對該地區(qū)2013年5月~2015年4月發(fā)生的滑坡進(jìn)行檢測，滑坡檢測率為83.28%。相比Behling方法，擁有基本相同的滑坡檢測率的基礎(chǔ)上，錯分誤差下降了31.96%，可以更加有效地區(qū)分滑坡與耕地和裸地等非滑坡因素，極大提高了滑坡檢測結(jié)果的可信度。

植被覆蓋指數(shù) 植被恢復(fù)速率 時間序列檢測 滑坡遙感檢測 遙感應(yīng)用

0 引言

滑坡作為大型地質(zhì)災(zāi)害之一，破壞力極強(qiáng)，常常造成大量經(jīng)濟(jì)損失和生命傷亡，因此對滑坡災(zāi)害的監(jiān)測和檢測十分重要。傳統(tǒng)的遙感目視解譯和現(xiàn)場勘查的方法[1-2]，耗費(fèi)大量人力物力，效率較低，因此國內(nèi)外學(xué)者針對滑坡遙感檢測開展了大量研究，前期主要集中在單時相遙感滑坡檢測和多時相遙感檢測[3-5]。

單時相遙感滑坡檢測方法，如文獻(xiàn)[6]基于SPOT-5衛(wèi)星影像，建立滑坡解譯的標(biāo)志，利用滑坡在遙感影像上的色度和結(jié)構(gòu)差異檢測滑坡；文獻(xiàn)[7]使用Landsat-7衛(wèi)星ETM影像的8個波段作為特征數(shù)據(jù)，訓(xùn)練得到支持向量機(jī)分類模型，再對滑坡進(jìn)行檢測；文獻(xiàn)[8]使用Quick Bird衛(wèi)星影像，利用灰度共生矩陣提取滑坡的紋理特征，逐像元進(jìn)行監(jiān)督分類后檢測滑坡；文獻(xiàn)[9-10]使用地物在遙感影像上的多光譜信息，獲取滑坡在多光譜波段上的特征，采用計算機(jī)分類的方法進(jìn)行滑坡檢測；文獻(xiàn)[11]使用Resourcesat-1衛(wèi)星影像，通過對影像進(jìn)行分割，分析滑坡對象的多光譜特征、形狀特征和紋理特征等信息，實(shí)現(xiàn)滑坡檢測。

多時相影像滑坡檢測，如文獻(xiàn)[12]利用滑坡前后兩張影像的差異，使用極大似然分類法檢測滑坡；文獻(xiàn)[13]利用滑坡前后植被覆蓋指數(shù)（NDVI）序列數(shù)據(jù)，根據(jù)NDVI的異常變化檢測汶川地震區(qū)的滑坡；文獻(xiàn)[14]使用Cartosat-1衛(wèi)星和IRS-1D衛(wèi)星影像中全色波段，利用變化檢測的思想和紋理信息對1998年~2006年喜馬拉雅山脈滑坡進(jìn)行多時相編目。文獻(xiàn)[15]利用滑坡后引起地表NDVI較大變化以及滑坡發(fā)生后植被恢復(fù)速率緩慢的特點(diǎn)，使用多時相Rapid Eye衛(wèi)星影像，對吉爾吉斯斯坦南部地區(qū)2009年~2013年的歷史滑坡進(jìn)行檢測。

基于單時相影像的滑坡檢測方法容易將與滑坡光譜特征相似的地物（巖石、裸土和道路等）視為滑坡，尤其在多巖石和道路的山區(qū)，很多巖石和道路以及裸地被誤判為滑坡，滑坡誤報率較高；基于多時相影像的方法利用滑坡前后NDVI差異較大的特點(diǎn)檢測滑坡，而農(nóng)田收割和植被的自然變化也可能引起NDVI較大變化，多時相滑坡檢測方法容易將農(nóng)田、植被的自然變化識別為滑坡。隨著遙感數(shù)據(jù)源的增多，可以利用多源遙感衛(wèi)星影像組成的時間序列遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行滑坡檢測，時序遙感數(shù)據(jù)可以提供滑坡相關(guān)特征在時間序列上的變化信息，因而成為解決單時相和多時相滑坡遙感檢測存在問題的一種可選方案，另外，由于近些年來可以獲取的衛(wèi)星影像越來越多，該類方法逐漸成為滑坡遙感檢測的研究熱點(diǎn)。目前已有研究學(xué)者采用時間序列遙感影像進(jìn)行滑坡檢測[15-16]，但利用時序影像檢測滑坡需要較多遙感影像，單一傳感器的數(shù)據(jù)難以滿足需求，尤其對于常年多云的區(qū)域，質(zhì)量（quality）較好的遙感影像更加稀少，因而多源遙感影像成為一種可行的方案。

基于以上背景，本文在文獻(xiàn)[16]利用高分辨率Rapid Eye衛(wèi)星時間序列影像進(jìn)行滑坡識別的方法上，以Landsat-8衛(wèi)星、HJ-1A/1B衛(wèi)星和GF-1衛(wèi)星多源影像為數(shù)據(jù)源，研究滑坡發(fā)生后植被恢復(fù)速率的量化方法，構(gòu)建了利用NDVI時序的變化信息檢測歷史滑坡的方法，對我國云南魯?shù)榈貐^(qū)進(jìn)行了滑坡檢測，驗(yàn)證了本文方法的有效性，與Behling方法相比，本文方法能檢測到植被覆蓋度較低區(qū)域發(fā)生的滑坡，同時有效解決了單時相影像和多時相影像在檢測滑坡中存在的問題，提高了滑坡遙感檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

1 滑坡檢測方法

單時相影像識別滑坡，容易將與滑坡光譜特征相似的地物識別為滑坡。利用多時相進(jìn)行變化檢測的方法雖然可以解決滑坡光譜相似的問題，但容易將與滑坡光譜變化特征相似的區(qū)域識別為滑坡，如在耕地和裸地較多的區(qū)域，滑坡檢測中誤報率較高，在很大程度上制約了滑坡檢測結(jié)果的可靠性。針對該問題，本文從滑坡區(qū)域的NDVI時序變化角度開展分析，利用滑坡區(qū)域植被恢復(fù)緩慢而非滑坡區(qū)域植被恢復(fù)較快的差異，量化滑坡區(qū)域的植被恢復(fù)速率，有效區(qū)分了滑坡與耕地和裸地等非滑坡因素。整個滑坡檢測方法流程如圖1所示。圖中DN（digit number），表示遙感影像像元亮度值；TOA（Top of Atmosphere Reflectance）為大氣表觀反射率；DEM數(shù)據(jù)來自Aster衛(wèi)星，分辨率30m。

圖1 滑坡檢測方法流程

1.1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)源介紹

2014年“8·3”魯?shù)榈卣鹫T發(fā)了很多大規(guī)?；?，有1 000處之多[17-19]，因此本文選擇該地區(qū)作為滑坡檢測的試驗(yàn)區(qū)，整個研究區(qū)如圖2所示。本文以GF-1衛(wèi)星、Landsat-8衛(wèi)星和HJ-1A/1B衛(wèi)星組成的多源遙感影像為數(shù)據(jù)源，如表1所示。

圖2 整個研究區(qū)域地理位置

表1 本文所使用的遙感影像信息

Tab.1 Information of remote sensing images

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

為了盡可能減少多源遙感影像之間以及遙感影像在成像過程中由于外部條件不一致帶來的偏差，需要對獲取到的多源遙感影像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理步驟如下：

1）為減少輻射亮度不一致對變化檢測的影響，將所有影像中的像素值化為大氣表觀反射率（TOA）。

2）為盡量減少誤差，用DEM數(shù)據(jù)對所有時序影像進(jìn)行正射校正。再以2013年5月22日Landsat-8衛(wèi)星影像為基準(zhǔn)影像對其他影像進(jìn)行配準(zhǔn)，配準(zhǔn)精度在1個像元以內(nèi)。

3）為了排除云、雪對滑坡檢測結(jié)果的影響，對所有影像進(jìn)行云和雪的掩膜處理，Landsat-8衛(wèi)星影像中自帶云掩膜文件，可直接進(jìn)行掩膜處理。GF-1衛(wèi)星和HJ-1A/B衛(wèi)星影像，在藍(lán)波段采用基于閾值的方法進(jìn)行掩膜除去云和雪的影響。

4）利用TOA值計算出所有影像的NDVI值，形成NDVI時間序列影像。

1.3 基于像素的變化檢測

利用變化檢測的原理進(jìn)行滑坡遙感檢測，首要步驟是選擇兩張影像進(jìn)行變化檢測。選取生長季節(jié)（3月下旬至11月初）中的兩幅影像進(jìn)行基于像素的變化檢測，設(shè)定一個擾動變化參數(shù)[15]。

式中pre為滑坡前影像的NDVI；post為滑坡發(fā)生后影像的NDVI。

對于植被覆蓋良好的區(qū)域，若該區(qū)域發(fā)生滑坡，利用雙時相影像進(jìn)行變化檢測時，前一時相影像未發(fā)生滑坡，因而植被覆蓋良好，其NDVI值（pre）較大；后一時相影像上發(fā)生滑坡，地表植被遭到破壞，其NDVI（post）明顯降低。若該區(qū)域未發(fā)生滑坡，雙時相影像前后其NDVI變化很?。桓鶕?jù)式（1）的結(jié)構(gòu)可知，同一區(qū)域，利用雙時相影像進(jìn)行變化檢測，未發(fā)生滑坡時的值明顯小于發(fā)生滑坡時的值。式（1）利用該特點(diǎn)排除變化較小的非滑坡像素的干擾，對發(fā)生變化的像素進(jìn)行后續(xù)滑坡檢測。再根據(jù)和post的值對每個像素的擾動變化進(jìn)行分類，分類依據(jù)如表2（本文中的所有閾值來自統(tǒng)計分析），共分為9類，編號為1~9。若不符合表2中的分類情況，則將其分類為其他類，編號為0。

表2 Behling方法中植被擾動分類規(guī)則

Tab.2 Vegetation disturbance classification rules in Behling’s method

當(dāng)植被覆蓋度較低的區(qū)域發(fā)生滑坡時，式（1）中pre和post的差值很小，計算出的值較小，無法反應(yīng)出滑坡引起的地表植被變化，發(fā)生滑坡像素的植被擾動變化分為0類，導(dǎo)致后續(xù)步驟無法檢測到該區(qū)域的滑坡?；谏鲜鰡栴}，本文對植被覆蓋度較低（NDVI<0.18）的區(qū)域，使用式（2）計算擾動變化。

式（2）將植被覆蓋度較低區(qū)域的變化按照NDVI變化的比例進(jìn)行計算，可以有效反應(yīng)出低植被覆蓋區(qū)域滑坡引起的NDVI變化。依據(jù)*和post對植被擾動分類；通過對研究區(qū)域數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)NDVI較低區(qū)域發(fā)生滑坡后NDVI的變化超過45%，滑坡后NDVI基本低于0.10左右，因此得到了表3的分類依據(jù)。

表3 改進(jìn)的植被擾動變化分類依據(jù)

Tab.3 Improved vegetation disturbance classification rules

隨后利用空間相關(guān)性做如下的分類：對每個像素空間8鄰域組成的“九宮格”對象的擾動變化分為4類，分類依據(jù)如下：

1）九宮格對象中擾動變化為第9類的像素個數(shù)>1；

2）九宮格對象中擾動變化為6~9的像素個數(shù)≥4；

3）九宮格對象中擾動變化為4~9的像素個數(shù)≥6。

若只滿足1個條件則將九宮格對象中間的像素變化分為第1類，若滿足兩個條件，則將九宮格對象中間的像素變化分為第2類，同時滿足三個條件則分為第3類，若全都不滿足則分為第0類。

上述得到的非0類像素，稱為滑坡備選對象，分別基于每個滑坡備選對象的植被恢復(fù)和其空間8鄰域像素的植被恢復(fù)進(jìn)行分類，依次檢測滑坡后3年內(nèi)植被覆蓋度的平均值和最大值，以排除植被恢復(fù)過快的非滑坡因素[15]影響。

1.4 計算滑坡后植被恢復(fù)速率影像的時間選擇

Behling方法利用檢測滑坡后3年內(nèi)滑坡像素的NDVI平均值和NDVI最大值作為閾值，將植被恢復(fù)過快的像素視為非滑坡。但計算滑坡發(fā)生3年中植覆蓋度變化的平均值和最大值與影像所屬季節(jié)有關(guān)，若獲取的影像中春季和冬季影像較多，則導(dǎo)致平均NDVI值偏低，部分非滑坡像素的植被恢復(fù)速率較低，符合滑坡后植被平均恢復(fù)速率較低的特征，容易將其誤判為滑坡像素；若獲取的影像中夏秋季節(jié)影像較多，則平均NDVI值偏高，植被平均恢復(fù)速率較快，一些滑坡像素容易被誤判為非滑坡因素。

為了減少影像獲取的季節(jié)因素對滑坡植被恢復(fù)速率檢測的影響，本文在計算植被恢復(fù)速率時統(tǒng)一使用3月中旬至11月中旬的影像。

1.5 基于像素的滑坡后一年內(nèi)的植被恢復(fù)速率檢測

利用NDVI的變化檢測滑坡，容易將非滑坡因素引起的NDVI變化較大的像素判定為滑坡，較為典型的因素是農(nóng)作物收割或者氣候等導(dǎo)致植被不同年份的相近月份之間的NDVI較大差異，為了排除這些非滑坡因素，Behling方法利用滑坡后3年內(nèi)植被的NDVI均值和NDVI最大值作為閾值進(jìn)行分類。不同程度的滑坡，對地表造成的破壞程度各不相同，滑坡內(nèi)部的植被破壞程度也各不相同，Behling方法滑坡檢測結(jié)果中，在誤報的滑坡中，耕地和裸地占有很大的比例，將Behling方法應(yīng)用于本文云南魯?shù)閰^(qū)域進(jìn)行滑坡檢測時難以有效排除上述非滑坡因素影響。

由于Behling方法在驗(yàn)證區(qū)域中將很多耕地和裸地誤報為滑坡，本文對驗(yàn)證區(qū)域的滑坡、耕地和裸地在NDVI驟降后的時序變化狀態(tài)進(jìn)行分析。選擇一些典型滑坡區(qū)域，分別求出這些區(qū)域在后續(xù)每幅遙感影像中的NDVI均值，形成滑坡區(qū)域NDVI時間序列，同時選擇被誤判為滑坡的典型區(qū)域，例如裸地和梯田，分別計算這些區(qū)域在后續(xù)時間序列影像上NDVI均值，形成時間序列。由于該地區(qū)常年多云，生長季節(jié)內(nèi)可用的遙感影像僅有2015年4月4日、5月28日，7月11日以及10月2日，根據(jù)這些后續(xù)影像，計算典型滑坡、耕地、裸地的NDVI均值形成時間序列，得到三種區(qū)域的NDVI均值時序變化狀態(tài)，如圖3所示。由圖可知，滑坡前影像日期為2013年5月22日，滑坡后影像日期為2015年4月4日，在此期間，滑坡、農(nóng)田和裸地區(qū)域的NDVI均值相比去年同期都出現(xiàn)較大幅度的下降，但三者后續(xù)的NDVI恢復(fù)速度卻各不相同，滑坡區(qū)域的NDVI均值在5月~10月恢復(fù)速度比農(nóng)田、裸地的恢復(fù)速度緩慢得多。事實(shí)上，由于植被自然變化和農(nóng)作物收割并未破壞地表植被后續(xù)生長潛力，而滑坡破壞了地表植被的生長潛力，所以在NDVI發(fā)生較大變化的后續(xù)生長季節(jié)內(nèi)，裸地和耕地區(qū)域的植被恢復(fù)速度比滑坡區(qū)域的植被恢復(fù)速度快得多。

基于上述事實(shí)，利用時序遙感數(shù)據(jù)高時間分辨率的優(yōu)勢，檢測滑坡備選對象后續(xù)一年中生長季節(jié)內(nèi)植被的恢復(fù)速率可以區(qū)分滑坡、耕地和裸地。本試驗(yàn)地區(qū)常年多云，2015年4月以后獲取的質(zhì)量較好的影像僅有5月28日、7月11日、10月2日的影像，因此選擇以上3幅影像計算滑坡備選對象后續(xù)NDVI植被恢復(fù)速率。計算方式如下：

1）滑坡后1個月的NDVI恢復(fù)率<滑坡前影像NDVI×55%；

2）滑坡后3個月的NDVI恢復(fù)率<滑坡前影像NDVI×75%；

3）滑坡后6個月的NDVI恢復(fù)率<滑坡前影像NDVI×85%。

若同時滿足兩個條件，則將該滑坡備選對象分類為1類，若滿足三個條件，則分類為2類，否則視為非滑坡對象排除之。

圖3 不同地物在生長季節(jié)的NDVI恢復(fù)情況

1.6 基于空間相關(guān)性滑坡發(fā)生后一年內(nèi)植被恢復(fù)檢測

多源中分辨率遙感影像中，引起像素值變化的因素很多，這些因素也會導(dǎo)致像素NDVI前后變化較大，若僅僅考慮單個像素的變化，滑坡檢測結(jié)果會出現(xiàn)較多“椒鹽”現(xiàn)象[20]，因此利用像素的空間相關(guān)性可以降低單個像素的變化對滑坡檢測結(jié)果的影響。

一般情況下，發(fā)生滑坡的像素，其周邊像素也會發(fā)生較大擾動變化，若僅僅只有單個像素發(fā)生較大變化而其周邊像素變化程度較小，本文認(rèn)為這種變化不太可能是滑坡引起的，將其視為噪聲。對于上一節(jié)中的滑坡備選對象，分析該對象與其空間8鄰域像素組成的“九宮格”對象在滑坡后一年內(nèi)的植被恢復(fù)速率，若“九宮格”對象植被恢復(fù)速率較快，則判定該像素為非滑坡像素，否則判定為滑坡候選對象。分類依據(jù)如下：

1）“九宮格”對象中分類為1類的像素個數(shù)≥5；

2）“九宮格”對象中分類為2的像素個數(shù)≥3。

若每個九宮格對象1）、2）條件皆不滿足，則視為非滑坡因素，排除該對象；若滿足1）、2）中任一個條件，則視為滑坡像素。

1.7 利用坡度等輔助信息排除非滑坡因素

絕大多數(shù)滑坡都是發(fā)生在坡度較大的區(qū)域，而平原和城鎮(zhèn)由于地勢平坦，發(fā)生滑坡的概率很低，因此利用坡度作為輔助信息排除地形平坦的區(qū)域[14,21]。設(shè)置單個像素坡度值大于30°或者一個像素的空間8鄰域像素的坡度中值>25°作為滑坡過濾條件，對上一節(jié)的滑坡候選對象進(jìn)一步篩選，最終得到滑坡的檢測結(jié)果。

2 滑坡檢測試驗(yàn)

2.1 兩種滑坡檢測方法的對比試驗(yàn)

首先在樣本區(qū)對滑坡、裸地、農(nóng)田等區(qū)域的NDVI時間序列變化狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計分析，以確定Behling方法和本文方法中每個步驟的參數(shù)值，將兩種方法應(yīng)用于驗(yàn)證區(qū)域?qū)ζ湫ЧM(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果中存在的問題，對相應(yīng)的參數(shù)閾值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整以達(dá)到最佳效果。最后將兩種方法應(yīng)用到整個研究區(qū)，對該區(qū)域2013年5月和2015年4月之間發(fā)生的滑坡進(jìn)行檢測。經(jīng)過統(tǒng)計，驗(yàn)證區(qū)目視解譯得到264個滑坡，Behling方法檢測到528個滑坡，本文方法檢測到365個滑坡。整個研究區(qū)目視解譯得到1 017個滑坡，本文方法檢測到1 224個滑坡，Behling方法檢測到2 127個滑坡。圖4為兩種方法在驗(yàn)證區(qū)域的檢測結(jié)果。

圖4 兩種方法在驗(yàn)證區(qū)的滑坡檢測結(jié)果

為了對滑坡檢測方法進(jìn)行對比，使用與Behling方法相同的檢測指標(biāo)：檢測率（Detection Percentage，DP）、質(zhì)量百分比（Quality Percentage，QP）、錯分誤差（Commission Error，CE）[14,22,23]，見公式（3）~（5）。

DP=TP/(TP+FN)×100% （3）

QP=TP/(TP+FN+FP)×100% （4）

CE=FP/(TP+FP)×100% （5）

式中 TP為正確檢測到的滑坡；FN為漏檢的滑坡；FP為誤檢的滑坡。

表4為兩種滑坡檢測方法對比，可以看出本文方法在整個研究區(qū)的滑坡檢測率較Behling方法略低，整體的質(zhì)量百分比提升21.87%，錯分誤差降低26.26%。將兩種方法應(yīng)用于整個試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計比較，Behling方法檢測率比本文方法大約高2%，Behling方法的錯分誤差上升至59.00%，而本文方法僅為34.64%，相比錯分誤差下降24.36%。

表4 兩種滑坡檢測方法的對比

Tab.4 Comparison between the landslide detection results of two methods

圖5為試驗(yàn)區(qū)中植被覆蓋率較低區(qū)域的兩種滑坡檢測方法比較，該圖表明改進(jìn)的方法可以有效檢測到低植被覆蓋區(qū)域的滑坡。這是因?yàn)锽ehling方法受擾動公式的限制，難以檢測到植被覆蓋度較低的區(qū)域的滑坡，本文方法增加了植被覆蓋度較低區(qū)域的擾動變化計算公式和擾動判別方法，因而可有效檢測到植被覆蓋率較低區(qū)域的滑坡。

圖5 植被覆蓋率較低區(qū)域兩種方法滑坡檢測結(jié)果的比較

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

針對滑坡區(qū)域植被覆蓋程度不同，分別按照式（1）和式（2）對滑坡前后NDVI進(jìn)行變化檢測。現(xiàn)以試驗(yàn)區(qū)NDVI變化為例，說明式（2）的有效性。植被覆蓋度較低的區(qū)域發(fā)生滑坡，滑坡前pre為0.10，滑坡后post變?yōu)?.02，若按式（1）計算，值為1.03，與此同時，植被覆蓋區(qū)域較高的區(qū)域未發(fā)生滑坡，pre為0.30，post為0.20，計算值為1.04，以植被覆蓋度較高的區(qū)域進(jìn)行評判，則為1.04的變化較小，不是滑坡引起的變化，而實(shí)際上低植被覆蓋區(qū)域?yàn)?.03時已經(jīng)發(fā)生了滑坡，這說明不能對植被覆蓋度不同的區(qū)域采用統(tǒng)一的擾動檢測公式，因此本文提出對于植被覆蓋度較低區(qū)域的像素擾動變化采用式（2）進(jìn)行計算，最終圖5的檢測結(jié)果證明了式（2）的有效性。

表5為兩種方法在整個試驗(yàn)區(qū)域中的誤報滑坡成分分析。Behling方法中，梯田、裸地被誤報為滑坡的總比例為58.44%，而本文方法的誤報滑坡中梯田和裸地占比24.05%，同比下降34.39%，該統(tǒng)計結(jié)果證明本文方法能夠有效的降低農(nóng)田和裸地等非滑坡因素。

表5 兩種方法誤報成分分析

Tab.5 The false alarm components of two methods

對兩種方法在試驗(yàn)區(qū)域中誤報滑坡進(jìn)行成分分析，除梯田和裸地外，一部分誤報的滑坡為新建的道路，試驗(yàn)區(qū)域地處山區(qū)，新建道路鏟除了植被導(dǎo)致植被覆蓋度降低，同時后期植被恢復(fù)速率也非常緩慢，和滑坡后植被恢復(fù)特征非常相似，因此被誤報為滑坡；另外一部分誤報滑坡為采沙場，當(dāng)?shù)夭缮硤龇植紡V泛，每年都會出現(xiàn)新的采沙場，并且采沙場一般位于山坡上，這些采沙場也被誤報為滑坡，其他誤報為河床、山區(qū)陰影等。

從試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果可知，兩種方法都受噪聲數(shù)據(jù)的影響，具體表現(xiàn)是滑坡識別結(jié)果中存在零星的像素點(diǎn)，為了盡量減少這些噪聲數(shù)據(jù)影響，滑坡檢測過程中在每次基于像素的檢測之后對其空間8鄰域像素組成的“九宮格”對象再次進(jìn)行檢測，以排除單個像素的由于噪聲而造成的誤判。在實(shí)際進(jìn)行滑坡檢測中，分別對空間4鄰域像素和空間8鄰域的像素檢測結(jié)果進(jìn)行了對比，空間8鄰域擴(kuò)大了判斷范圍，對于較大滑坡的面積、形狀判定與目視解譯結(jié)果的外形更加符合。利用空間4鄰域像素進(jìn)行檢測，可以檢測到更多的面積較小的滑坡。因此，若需要檢測規(guī)模較大的滑坡，則可以考慮空間8鄰域像素組成的對象進(jìn)行滑坡檢測，若要檢測更多的滑坡，則考慮使用空間4鄰域像素組成的對象進(jìn)行滑坡檢測。

3 結(jié)束語

1）本文利用滑坡區(qū)域植被恢復(fù)緩慢而非滑坡區(qū)域植被恢復(fù)較快的差異，量化滑坡區(qū)域的植被恢復(fù)速率，將植被恢復(fù)速率時序變化較為緩慢的區(qū)域視為滑坡。相比于Behling方法，本文方法能有效檢測到植被覆蓋度較低區(qū)域發(fā)生的滑坡，同時可以有效區(qū)分滑坡與耕地和裸地等非滑坡因素，極大降低了滑坡檢測中的誤報率，提高了滑坡檢測結(jié)果的可信度。

2）本文利用時間序列遙感影像對植被發(fā)生較大擾動變化區(qū)域的植被恢復(fù)速率進(jìn)行多次量化，以排除耕地和裸地等植被恢復(fù)較快的地物，這種檢測方法來源于滑坡、耕地以及裸地在時序NDVI數(shù)據(jù)上的變化規(guī)律，因此，在擁有足夠時間序列遙感影像的情況下，本文方法可以應(yīng)用于其他研究區(qū)域，對該區(qū)域的歷史滑坡以年為單位進(jìn)行檢測編目工作，提供高檢測率、低虛報率的滑坡編目信息，為該地區(qū)后續(xù)滑坡監(jiān)測、滑坡活動變化研究等提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，這也是本文后續(xù)要開展的研究工作。

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（編輯：王麗霞）

A Landslides Detection Method Based on Time Series Remote Sensing Images

HU Zhenxing1,2XU Hong3WANG Chaoliang1ZHOU Zengguang1LI Ziyang1LI Chuanrong1

（1 Key Laboratory of Quantitative Remote Sensing Information Technology, Academy of Opto-Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China）（2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China）（3 The High-Tech Research & Development Center Ministry of Science & Technology, Beijing 100044, China）

The change of Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) has been widely used to detect landslides. By analyzing NDVI recovery rate in time series after landslide, regions whose NDVI may decrease suddenly by other non-landslide reasons can be effectively distinguished. However, the time series data requires many remote sensing images, and images from single sensor are too few to compose adequate time series images. Thus, multi-source remote sensing images become an alternative solution. Since the revegetation rate in the landslide area is slower than in other non-landslide areas, by measuring revegetation rate of landslide areas with high temporal resolution time series remote sensing images as much as possible, non-landslide areas can be eliminated effectively, and then a more accurate landslide detection result can be obtained. This proposed method was used to detect the landslides from May 2013 to April 2015 in Ludian country, Yunnan province, and the results show that non-landslide areas, such as cultivated land and bare land, can be effectively eliminated, and the landslide detection percentage is 83.28%. Compared with Behling’s method, this method almost has the same detection percentage with the commission error dropped by 31.96%. Therefore, the credibility of landslide detection results can be improved effectively by the method.

normalized difference vegetation index; revegetation rate; time series detection; landslide remote sensing detection; remote sensing application

P237

A

1009-8518(2018)02-0104-11

10.3969/j.issn.1009-8518.2018.02.012

2017-12-28

中科院國際合作項(xiàng)目“時間序列遙感大數(shù)據(jù)異常信息分析技術(shù)”（181811KYSB20160001）

虎振興，男，1991年生，2014年獲武漢大學(xué)軟件工程專業(yè)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)在中國科學(xué)院光電研究院計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)攻讀碩士學(xué)位。研究方向?yàn)闀r空大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。E-mail：hzxforward@163.com。