□王躍軍

（山西省遙感中心，山西太原030001）

基于面向?qū)ο筮b感解譯方法研究及變化區(qū)域的自動(dòng)檢測(cè)

□王躍軍

（山西省遙感中心，山西太原030001）

在當(dāng)前信息化社會(huì)，傳統(tǒng)大規(guī)模的地形圖更新方法已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需要。地形圖的更新，尤其是大比例尺地形圖的更新，更加注重準(zhǔn)確性、現(xiàn)勢(shì)性，因此，如何簡(jiǎn)單、快捷的查找更新區(qū)域就變得尤為重要。本文通過(guò)面向?qū)ο蟮倪b感解譯技術(shù)方法，對(duì)比不同時(shí)相的遙感影像，查找變化區(qū)域，為后續(xù)地形圖更新研究探索了新的方法。

面向?qū)ο?遙感解譯;變化檢測(cè);地形圖更新

1.研究的意義

“十二五”期間，以地理信息獲取實(shí)時(shí)化、數(shù)據(jù)處理智能化、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化和應(yīng)用社會(huì)化為基本特征的信息化測(cè)繪發(fā)展對(duì)大比例尺地形圖更新提出新的更高要求。規(guī)?；律a(chǎn)體系的關(guān)鍵技術(shù)、更新技術(shù)方法、工藝流程、更新軟件系統(tǒng)等有待研究和解決，規(guī)?；律a(chǎn)組織模式和機(jī)制需求進(jìn)一步完善和優(yōu)化。因此依靠現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、管理模式很難滿足更新需求，必須在完成更新任務(wù)的同時(shí)，考慮更簡(jiǎn)單、便捷、快速的方式進(jìn)行更新區(qū)域的查找，提高更新的價(jià)值，提高生產(chǎn)效率。

為了保證數(shù)據(jù)的現(xiàn)時(shí)性，同時(shí)為了將已有歷史數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)能夠得到很好的利用，提出利用更新的方式快速提取需要更新的區(qū)域，目的一是避免數(shù)據(jù)生產(chǎn)資源的浪費(fèi)和忽略了急需更新區(qū)域。如將某區(qū)域作為更新任務(wù)，但在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)變化要素并不多，同時(shí)可能忽略了變化較大的急需更新的區(qū)域，導(dǎo)致更新任務(wù)意義不大；二是可有效的提高全省基礎(chǔ)測(cè)繪更新的生產(chǎn)效率、節(jié)省生產(chǎn)單位工作量和成本；三是實(shí)現(xiàn)合理分配更新任務(wù)，使得全省能夠快速完成新一輪的更新。

作為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新的一種手段和方法，關(guān)鍵在于如何快速查找變化區(qū)域、變化要素。對(duì)此需要將遙感解譯技術(shù)和GIS技術(shù)相互融合，通過(guò)遙感解譯技術(shù)和變化檢測(cè)技術(shù)，利用已有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)與新的影像數(shù)據(jù)快速提取變化區(qū)域、變化地物要素，并結(jié)合GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能或人機(jī)交互查找更新區(qū)域，以期實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的快速更新。

2.項(xiàng)目目標(biāo)

2.1 目標(biāo)概述

面向我省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)快速更新的需求，在現(xiàn)有測(cè)繪成果與技術(shù)的基礎(chǔ)上，基于航空、航天、地面數(shù)據(jù)獲取，通過(guò)網(wǎng)格化、一體化、專業(yè)部門(mén)協(xié)同，創(chuàng)新更新模式，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息定期更新和技術(shù)更新。引進(jìn)、消化、吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的基礎(chǔ)測(cè)繪裝備和技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取實(shí)時(shí)化、動(dòng)態(tài)化、立體化，數(shù)據(jù)處理集群化、網(wǎng)格化、智能化。通過(guò)生產(chǎn)管理、生產(chǎn)作業(yè)、質(zhì)控管理“三位一體”的生產(chǎn)組織管理體系，建立健全基礎(chǔ)地理信息更新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)從數(shù)字化測(cè)繪體系向信息化測(cè)繪體系的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展、社會(huì)公眾對(duì)基礎(chǔ)地理信息現(xiàn)勢(shì)性的需求。

利用當(dāng)前國(guó)際上領(lǐng)先的面向?qū)ο筮b感解譯的技術(shù)手段和方法，通過(guò)不同地物要素的獨(dú)有特性進(jìn)行多尺度分割分類，使用變化檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)我省1∶1萬(wàn)基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)的更新要求中的水系、居民地、交通和植被等四大要素的變化區(qū)域的快速查找，合理的指導(dǎo)全省基礎(chǔ)測(cè)繪任務(wù)的分配，幫助全省基礎(chǔ)測(cè)繪成果的快速更新。

2.2 目標(biāo)任務(wù)

基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)更新的重點(diǎn)在于變化檢測(cè)，變化檢測(cè)充分利用遙感影像解譯技術(shù)和GIS技術(shù)方法，并將兩種技術(shù)進(jìn)行良好的融合，遙感影像解譯主要是針對(duì)航空、航天影像數(shù)據(jù)的智能化的獲取影像數(shù)據(jù)上的信息，同時(shí)可對(duì)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。該方法采用目前較先進(jìn)的影像解譯技術(shù)—面向?qū)ο蟮亩喑叨确指詈头诸?，在影像解譯過(guò)程中靈活的選擇優(yōu)秀算法進(jìn)行組合。根據(jù)不同地物提取時(shí)的特性需求，搭建出來(lái)最佳的流程樹(shù)。

針對(duì)快速查找變化區(qū)域的要求，選取一定范圍的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作為目標(biāo)區(qū)域，利用現(xiàn)有技術(shù)要判斷哪些區(qū)域變化大，哪些區(qū)域急需更新難度較大。對(duì)此可利用遙感解譯技術(shù)、變化檢測(cè)技術(shù)和GIS技術(shù)。本研究項(xiàng)目選取了太原市及晉中市市轄區(qū)范圍，面積約為220平方千米，準(zhǔn)備數(shù)據(jù)有2000年左右基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的DLG數(shù)據(jù)，以及2010年航空影像，（原始分辨率為0.2米，抽稀后得到5米分辨率影像），2012年分辨率為6.8米的資源三號(hào)衛(wèi)星影像，進(jìn)行變化檢測(cè)。使用數(shù)據(jù)為前時(shí)期的2000年左右基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的DLG數(shù)據(jù)和后時(shí)期2012年資源三號(hào)衛(wèi)星影像，實(shí)現(xiàn)了變化區(qū)域快速查找。

3.技術(shù)方法與路線

3.1 快速定位急需更新區(qū)域

在全省范圍或大范圍內(nèi)找變化區(qū)域其要求變化檢測(cè)的精度相對(duì)不高，對(duì)此使用較早的數(shù)據(jù)庫(kù)中的DLG數(shù)據(jù)作為前時(shí)期數(shù)據(jù)和中低分辨率的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)作為后時(shí)期的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行變化檢測(cè)。對(duì)于已有數(shù)據(jù)庫(kù)中的DLG數(shù)據(jù)需要對(duì)DLG數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，保留有價(jià)值的矢量數(shù)據(jù)（如水系、道路、居民地、植被等）。同時(shí)對(duì)一些特定地物要素進(jìn)行了整理，如線狀水系、道路轉(zhuǎn)換成面。中低分辨率的衛(wèi)星影像（6.8米分辨率的資源三號(hào)衛(wèi)星影像）作為后時(shí)相的影像，需要使用遙感解譯技術(shù)中的面向?qū)ο蟮姆指罴夹g(shù)對(duì)后時(shí)期影像數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，利用分類技術(shù)將水系、居民地、道路、植被等分類。然后在使用變化檢測(cè)技術(shù)將前后期的處理后的成果進(jìn)行對(duì)比得到變化區(qū)域，并形成報(bào)表。

技術(shù)流程圖1

圖1 影像解譯處理流程圖

3.2 試驗(yàn)區(qū)影像智能分類效果

本次試驗(yàn)采用面向?qū)ο蟮亩喑叨确指罘诸惙椒ǎㄟ^(guò)分析影像的光譜及形狀特征采取自下而上區(qū)域合并的方法合并同質(zhì)象元形成對(duì)象。面向?qū)ο蟮挠跋穹治龇椒▽⒂跋駥?duì)象作為分析單元，分割結(jié)果的好壞直接影響到后續(xù)的分類處理。初次分割主要是利用前時(shí)期DLG結(jié)合后時(shí)期的影像進(jìn)行分割，其次在第一次分割的基礎(chǔ)上對(duì)后期影像進(jìn)行二次分割分割，其分割主要是對(duì)DLG中的水系、植被以及DLG中未表示的地物進(jìn)行分割。在此基礎(chǔ)上結(jié)合新增城鎮(zhèn)建設(shè)用地圖斑的光譜特征及其與居民地、道路等地物之間的空間關(guān)系進(jìn)行變化圖斑的識(shí)別，快速準(zhǔn)確地提取出影像中變化區(qū)域并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（1）影像分割

圖2 原始影像

圖3 分割結(jié)果

（2）影像分類

圖4 影像分類

（3）變化檢測(cè)

圖5 前時(shí)期DLG和后時(shí)期影像進(jìn)行變化檢測(cè)

（4）規(guī)則集

圖6 規(guī)則集和變化檢測(cè)

4.結(jié)論

（1）采用2000年的DLG數(shù)據(jù)和2012年分辨率為6.8米的資源三號(hào)多光譜衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。通過(guò)遙感解譯技術(shù)中面向?qū)ο蟮姆指罘诸惣夹g(shù)和變化檢測(cè)技術(shù)，對(duì)兩時(shí)相的數(shù)據(jù)進(jìn)行變化檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)快速查找變化區(qū)域，為全省航飛更新任務(wù)提供指導(dǎo)依據(jù)，其最終試驗(yàn)成果較好滿足其指導(dǎo)航飛更新的目的。試驗(yàn)總面積220平方千米，計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取變化區(qū)域面積為30平方千米，其變化率接近于14%。

（2）2000年的DLG數(shù)據(jù)和2010年的0.2米的航空影像，由于分辨率較高，數(shù)據(jù)獲取時(shí)間為秋收后，裸耕地較多，降低了對(duì)象上地物之間的反差，地物信息相對(duì)復(fù)雜，重采樣至2到5米后圖像的解析力銳減，增加了影像自動(dòng)解譯和變化檢測(cè)的難度及處理時(shí)間，同時(shí)降低了解譯精度。

通過(guò)試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)建議快速查找變化區(qū)域最合適的數(shù)據(jù)源為：已有的DLG數(shù)據(jù)作為前時(shí)期的數(shù)據(jù)，選擇幅寬較大、分辨率適中、地物光譜信息豐富、數(shù)據(jù)性價(jià)比和數(shù)據(jù)獲取可靠性較好的5-10米多光譜數(shù)據(jù)作為后時(shí)期的本底影像，同時(shí)考慮多種數(shù)據(jù)結(jié)合使用查找變化區(qū)域，能大大提高查找變化區(qū)域的效率，并得到更加準(zhǔn)確的變化區(qū)域。

【1】周成虎,駱劍承.高分辨率衛(wèi)星遙感影像地學(xué)計(jì)算[M].北京:科學(xué)出版社,2009:95-173.

【2】黃惠萍.面向?qū)ο笥跋穹治鲋械某叨葐?wèn)題研究[D].北京:中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所, 2003:35-66.

【3】章毓晉.圖象工程(中冊(cè))圖像分析(第2版)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006:177-203.

【4】明冬萍,駱劍承,周成虎等.高分辨率遙感影像特征分割及算法評(píng)價(jià)分析[J].地球信息科學(xué),2006,8(1):103-109.

【5】陳曉玲,龔?fù)?等譯.遙感數(shù)字影像處理導(dǎo)論[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:378-390.

市縣廣角

City And County Wide Angle

P237

B

2095-7319（2014）05-0082-05

王躍軍（1979—），男，山西五臺(tái)縣人，工程師，本科，主要從事遙感、地理信息系統(tǒng)等工作。