管莉莉, 盧 扣, 黃 云

(江蘇省工程勘測研究院有限責(zé)任公司,江蘇 揚州 225000)

遙感解譯樣本在里下河下墊面調(diào)查中的應(yīng)用

管莉莉, 盧 扣, 黃 云

(江蘇省工程勘測研究院有限責(zé)任公司,江蘇 揚州 225000)

利用衛(wèi)星遙感影像解譯、判讀及典型性外業(yè)調(diào)查,結(jié)合基礎(chǔ)地形圖,采集里下河下墊面的屬性及利用情況數(shù)據(jù)。通過外業(yè)調(diào)繪核查及建立遙感影像解譯樣本庫,為遙感影像解譯提供支持,解決內(nèi)業(yè)解譯中的疑難問題,提高解譯結(jié)果的質(zhì)量及可靠性,為統(tǒng)計成果的正確性提供前提保證,并為長期調(diào)查監(jiān)測積累基礎(chǔ)資料。

下墊面調(diào)查;外業(yè)核查;遙感影像解譯;樣本采集

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,城鎮(zhèn)化的進(jìn)程造成基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快,土地利用方式隨之發(fā)生較大變化,下墊面也相應(yīng)地隨之改變。作為水利規(guī)劃、水資源分析評價等工作的基礎(chǔ)和依據(jù),下墊面數(shù)據(jù)成果的定期更新與調(diào)查顯得尤為必要。

土地下墊面的屬性與利用情況是區(qū)域自然條件和社會經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r的集中體現(xiàn),是洪水風(fēng)險圖編制水文水利計算的基礎(chǔ),同時也可為區(qū)域防洪、治澇、水資源等相關(guān)水利規(guī)劃提供重要支撐。為更好地為里下河腹部防洪保護區(qū)風(fēng)險圖編制提供可靠的參考依據(jù)和準(zhǔn)確的統(tǒng)計數(shù)據(jù),筆者參加了里下河地區(qū)下墊面調(diào)查統(tǒng)計工作。遙感影像解譯的準(zhǔn)確性是保證下墊面調(diào)查統(tǒng)計成果可靠性的基本前提。利用具有對照關(guān)系的地面照片和遙感影像為主的解譯樣本數(shù)據(jù),可以為遙感影像解譯者建立對相關(guān)地域的正確認(rèn)識提供支持,也可在解譯結(jié)果的質(zhì)量控制方面發(fā)揮重要作用,同時也為長期監(jiān)測積累提供實地參考資料。

1 里下河下墊面調(diào)查方法

1.1 調(diào)查手段及方案

結(jié)合江蘇省縣級行政區(qū)劃成果,依據(jù)江蘇省防洪、除澇、水資源分區(qū)等相關(guān)資料,進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)的整合,制作分區(qū)底圖,確定此次下墊面調(diào)查的調(diào)查范圍。

里下河下墊面調(diào)查采用RS、GIS、GPS技術(shù),即利用遙感影像,采用多源信息輔助判讀與解譯、自動處理與人機交互解譯,并結(jié)合GPS外業(yè)核查等方法,最后利用GIS數(shù)據(jù)管理和分析方法,將里下河下墊面的屬性與利用情況數(shù)據(jù)入庫、統(tǒng)計分析(圖1)。結(jié)合江蘇省第一次全國水利普查成果、江蘇省基礎(chǔ)測繪1∶1萬數(shù)據(jù)資料及江蘇省縣級行政區(qū)劃成果,對收集整理的2012年里下河區(qū)域遙感影像及航片資料,利用專業(yè)軟件對遙感影像進(jìn)行處理、解譯和分析,作為下墊面調(diào)查統(tǒng)計成果復(fù)核的重要參考依據(jù)。

圖1 里下河下墊面調(diào)查技術(shù)路線Fig.1 Technical route of underlying surface investigation of Li-xia river

1.2 圖像解譯

結(jié)合水利部門需求,根據(jù)傳統(tǒng)匯流計算、水資源評價需要,同時考慮生態(tài)等方面的新需求,下墊面分類體系主要分為五類:水田、建設(shè)用地、河流湖泊、坑塘溝渠及旱地。其中溝渠在影像上主要為被水覆蓋的區(qū)域,但需注意水位標(biāo)準(zhǔn),通常以采集高水位線或堤壩為準(zhǔn)。建設(shè)用地主要指道路、城鎮(zhèn)建筑等,影像上通常表現(xiàn)為大面積的建筑物覆蓋、路面或場地硬化覆蓋。水田是種植水稻及其他水生農(nóng)作物的耕地,包括實行水生、旱生農(nóng)作物輪作的耕地,在影像上表現(xiàn)紋理比較一致,區(qū)域面積較大,主要分布在農(nóng)村地區(qū)。旱地及其他土地主要指區(qū)別于以上四類的土地,主要包括旱地、園地、林地、草地、綠化用地、渠道、堤壩等。以上建立的讀圖標(biāo)準(zhǔn)基本是以色斑來確定地表種類,但不能絕對遵循。

采用計算機自動分類與人工判讀解譯結(jié)合的方式,計算機自動分類提取水體,其他類型圖像解譯以人工解譯為主,對照讀圖標(biāo)準(zhǔn)在ARCGIS上對影像進(jìn)行預(yù)解譯,根據(jù)基本要求勾繪土地屬性類型界線,形成預(yù)解譯圖。如何根據(jù)色彩豐富的工作底圖準(zhǔn)確判讀下墊面要素是數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵,更是統(tǒng)計分析的前提保證。因此在地面實況調(diào)查后,根據(jù)野外實地調(diào)查結(jié)果以及與相應(yīng)航片、1∶1萬地形圖等更詳細(xì)資料的對照判讀,充分利用基礎(chǔ)圖數(shù)據(jù)信息核查下墊面要素,并修正預(yù)解譯圖中的錯誤,確定未知類型,細(xì)化預(yù)解譯圖,形成正式的解譯原圖,標(biāo)記出內(nèi)業(yè)不能準(zhǔn)確判讀的圖斑。

1.3 建立解譯標(biāo)志

下墊面調(diào)查要素按下墊面分類規(guī)則,主要是城市建筑區(qū)、農(nóng)村建筑區(qū)、道路、水系、水田、其他旱地等。內(nèi)業(yè)判讀解譯的過程中建立讀圖標(biāo)準(zhǔn),主要是土地屬性范圍和類型的確定,建立圖斑與地物種類的對應(yīng)關(guān)系,即在數(shù)據(jù)庫對應(yīng)圖斑的字段TAG(生產(chǎn)標(biāo)記信息)中標(biāo)注,標(biāo)注原則分別為對于在內(nèi)業(yè)判讀解譯階段可以確定要素類型的圖斑TAG值為1,需要外業(yè)核查的圖斑TAG值為2,經(jīng)外業(yè)核查確定類型后的圖斑TAG值修改為3,由此確定了同一圖斑內(nèi)、外業(yè)各生產(chǎn)階段的對應(yīng)關(guān)系。

1.4 地面實況的調(diào)查

在室內(nèi)預(yù)解譯的圖件都是人工目視解譯完成的,不可避免地存在錯誤或者有難以確定的類型,需要進(jìn)行地面實況調(diào)查與檢核。外業(yè)調(diào)查與核查的目的,一是重點對內(nèi)業(yè)解譯生產(chǎn)中有疑問的和無法辨別的信息進(jìn)行實地調(diào)查;二是檢驗內(nèi)業(yè)判讀的正確率,發(fā)現(xiàn)內(nèi)業(yè)判讀錯誤,指導(dǎo)修正判讀數(shù)據(jù);三是為成果應(yīng)用階段評價數(shù)據(jù)質(zhì)量提供客觀依據(jù)。核查內(nèi)業(yè)采集的地類信息,檢驗遙感影像解譯采集的正確率,對內(nèi)業(yè)分類、圖斑屬性和內(nèi)業(yè)無法準(zhǔn)確確定類型的疑問圖斑,開展外業(yè)實地核實認(rèn)定。外業(yè)調(diào)查與核查應(yīng)保留有關(guān)資料和記錄,為判斷數(shù)據(jù)質(zhì)量情況提供追溯依據(jù)。

由于季節(jié)性因素,個別圖幅的水田和旱地紋理區(qū)分度不是很高,可能分類準(zhǔn)確性存在一定的誤差。部分較寬的水溝(實地達(dá)到10 m)漏采集,主要由于影像上有水草、浮萍覆蓋,色彩偏綠,造成作業(yè)人員的誤判。這些因素會造成判讀的不準(zhǔn)確,對調(diào)查數(shù)據(jù)庫成果質(zhì)量造成一定的影響。針對下墊面地區(qū)的區(qū)域特點,以內(nèi)業(yè)解譯成果為基礎(chǔ),制定有針對性的外業(yè)調(diào)查路線,采用數(shù)字核查系統(tǒng)的方式或者采用紙質(zhì)核查底圖配合平板電腦的方式,到實地進(jìn)行調(diào)查判繪。

對已經(jīng)外業(yè)核查過的圖斑,其TAG屬性應(yīng)相應(yīng)修改為3,避免數(shù)據(jù)整理和質(zhì)檢人員對影像與圖斑的錯誤理解。實地已發(fā)生變化的圖斑,能現(xiàn)場調(diào)繪清楚的現(xiàn)場調(diào)繪清楚,并采集范圍邊線。核查時還應(yīng)注意前后時相影像發(fā)生變化或?qū)嵉馗采w與影像不一致、屬性變化的部分,仔細(xì)判別確認(rèn)新的地類范圍及屬性;圖斑面積過小的,按照“就近就大”原則合并至周圍圖斑[1]。

2 遙感解譯樣本數(shù)據(jù)采集及存儲

遙感解譯樣本數(shù)據(jù)包含兩類:一是地面照片,二是遙感影像實例數(shù)據(jù)。兩者具有對照關(guān)系,兩類數(shù)據(jù)分別從不同的側(cè)面反映地物影像形態(tài)特征,起到相互印證的作用,可以幫助解譯人員更高效地認(rèn)知遙感影像所蘊含的信息。

以核查底圖為基礎(chǔ),針對任務(wù)區(qū)下墊面調(diào)查統(tǒng)計的要求和特點,充分考慮遙感數(shù)據(jù)源的時相特征,結(jié)合內(nèi)業(yè)技術(shù)人員解譯過程中的反饋意見,制定合理、有針對性的外業(yè)調(diào)查路線和遙感影像解譯樣本庫采集方案,重點針對影像中不易識別或容易產(chǎn)生異議的圖斑、內(nèi)業(yè)有疑問的圖斑、外業(yè)發(fā)現(xiàn)分類錯誤的圖斑及選取水系較多的典型性地區(qū)(如興化),進(jìn)行現(xiàn)場核實并拍攝樣本,進(jìn)而指導(dǎo)自動分類與人工解譯,檢查普查成果的質(zhì)量和精度,確保調(diào)查成果數(shù)據(jù)的真實性和準(zhǔn)確性。

2.1 遙感解譯樣本數(shù)據(jù)采集

外業(yè)樣本采集使用的是南方公司在Android平臺開發(fā)的平板電腦,定位拍攝圖斑實地照片并記錄圖斑屬性及描述。其中地面照片的采集要求如下:①采集的地面照片應(yīng)該充分保證樣本的典型性,每個樣本必須與地表覆蓋類型保持一致,并且應(yīng)盡量保持地表照片和遙感影像的季節(jié)時相接近;②樣本點的分布應(yīng)盡量與圖斑的分布相一致;③外業(yè)核查時,內(nèi)業(yè)有疑問的圖斑,以及外業(yè)發(fā)現(xiàn)分類錯誤的圖斑,原則上都需要采集對應(yīng)類型的解譯樣本數(shù)據(jù),對內(nèi)業(yè)較為確定的圖斑,可在任務(wù)區(qū)內(nèi)根據(jù)區(qū)域特點選取典型區(qū)域進(jìn)行核查并采集樣本;④在野外拍攝樣本時應(yīng)盡量保持水平持握相機,避免相機記錄的照片信息失真,盡量在200 m范圍內(nèi)拍攝樣本點實地景物,避免照片與遙感影像之間的空間對應(yīng)關(guān)系失真[2-3]。

采集的地面照片存儲為JPG 格式,后綴為“.jpg”,照片名字用32 位字符表示,前2 位以“PH”開頭,后14位表示時間,接著后13位表示經(jīng)緯度,最后3位表示照片方位角(圖2)。

外業(yè)樣本采集完畢后,根據(jù)平板記錄樣本的各種信息,通過南方公司的影像截取工具裁切遙感解譯樣本影像,對篩選后的照片、讀取照片的坐標(biāo)點等相關(guān)屬性信息,對應(yīng)地面照片,從經(jīng)過正射處理的遙感影像數(shù)據(jù)源中裁切長寬511×511像素或1 023×1 023像素大小的遙感影像,盡可能把樣本照片拍攝的地物置于影像的中間,并保證拍攝點也位于裁切影像的范圍之內(nèi)[4]。

圖2 樣本照片及影像樣例Fig.2 Sample photos and image samples

2.2 遙感解譯樣本數(shù)據(jù)的存儲及檢查

結(jié)束野外采集工作之后,根據(jù)平板電腦記錄的樣本點經(jīng)緯度坐標(biāo),用樣本庫生成軟件生成該地區(qū)的遙感樣本數(shù)據(jù)庫SMPDATA.mdb文件,該數(shù)據(jù)庫采用Access數(shù)據(jù)庫格式,后綴為“.mdb”。數(shù)據(jù)庫由記錄地面照片屬性及文件名的PHOTO數(shù)據(jù)表、記錄遙感影像屬性信息及文件名的SMPIMG數(shù)據(jù)表以及反映地表照片和遙感影像對應(yīng)關(guān)系的關(guān)系表PHOTO_IMG三個表格構(gòu)成。另外,照片文件和影像文件應(yīng)該分別存放在數(shù)據(jù)庫文件相同目錄下的PHOTO和SMPIMG目錄中。

對樣本庫的檢查主要有4個方面:①檢查地面照片中所拍攝的主體地物與樣本描述是否一致;②檢查照片信息中的經(jīng)緯度坐標(biāo)、方位角是否正確,通過照片中反映出的地物信息、相對關(guān)系、拍照時的焦距,核對照片的位置是否正確;③遙感影像實例的裁切是否正確,與地面照片主體的位置是否一致;④數(shù)據(jù)庫填寫屬性與遙感影像實例、地面照片中主體是否一致[5]。

對于有些地方存在信號干擾以及地物遮擋等外在因素導(dǎo)致定位點不準(zhǔn),以及對地物的判別不準(zhǔn)導(dǎo)致拍攝照片與地物描述不一致的情況,可能會對后期的人工解譯帶來誤導(dǎo),需要核實或補拍照片,樣本進(jìn)行修改或刪除[6]。

3 下墊面調(diào)查數(shù)據(jù)庫建庫

3.1 數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)

將里下河土地利用分類、行政區(qū)劃、水利分區(qū)等數(shù)據(jù)表格、統(tǒng)一坐標(biāo)和格式的相應(yīng)矢量圖及遙感影像等數(shù)據(jù)資料進(jìn)行整理,將分類專題矢量數(shù)據(jù)存放于同一個數(shù)據(jù)庫中,形成下墊面分類統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)檢查及入庫

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)檢查分為:①內(nèi)業(yè)對照讀圖標(biāo)準(zhǔn)檢查地物的判讀是否正確。內(nèi)業(yè)檢查采集的數(shù)據(jù)是否按規(guī)定的要求放置在對應(yīng)的圖層上。同一圖層上的要素是否為同一類型地物。②內(nèi)業(yè)檢查數(shù)據(jù)的各屬性字段賦值是否正確。③數(shù)據(jù)庫相鄰面屬性相同應(yīng)合并處理,合并采取就近就大的原則。通過拓?fù)錂z查看是否存在面重疊、面裂隙,復(fù)核要素并進(jìn)行修正。

在數(shù)據(jù)檢查完畢,修改完各類錯誤,數(shù)據(jù)達(dá)到建庫標(biāo)準(zhǔn)后,可以對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫操作,數(shù)據(jù)庫的坐標(biāo)系統(tǒng)為國家2000坐標(biāo)系,中央經(jīng)線120°,1985國家高程基準(zhǔn)。

3.3 質(zhì)量檢查控制

讀取解譯樣本庫數(shù)據(jù)庫文件,導(dǎo)出照片PHOTO表,生成的對應(yīng)樣本拍攝點的*shp文件,加載到ArcGIS中,與影像、下墊面成果數(shù)據(jù)疊加,并實現(xiàn)實地照片點和圖斑之間建立起一一對應(yīng)的連接關(guān)系(圖3)。作業(yè)員在核查有樣本的圖斑時,即可點擊查看樣本影像和地面照片的參照比對,與外業(yè)解譯樣本屬性信息不一致的地方進(jìn)行確認(rèn),需要修改數(shù)據(jù)庫圖斑屬性或范圍的一并修改TAG屬性值并記錄。

圖3 ARCGIS中關(guān)聯(lián)實地照片與影像Fig.3 Photos and images of association field about ARCGIS

4 結(jié)語

本文詳細(xì)敘述了下墊面調(diào)查的方法、關(guān)鍵技術(shù)及實施過程,介紹了遙感解譯樣本采樣方法對內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的意義,有效地提高了內(nèi)、外業(yè)工作的溝通效果,避免了數(shù)據(jù)整理和質(zhì)檢對影像與圖斑的錯誤解譯。外業(yè)核查工作是保證下墊面調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵步驟,建立遙感解譯樣本數(shù)據(jù)庫對調(diào)查成果的更新及核查都有積極的指導(dǎo)意義。

[1] 徐勘,孫立堅,周群強,等.地理國情普查外業(yè)核查工作流程的設(shè)計與實現(xiàn)[J].遙感信息.2014,29(4):58-61.

[2] 秦賀偉.昔陽縣地理國情普查遙感解譯樣本庫的建立及應(yīng)用[J].學(xué)術(shù)研究,2014,30(11):162-164.

[3] 劉躍,王天明,姜麗莉.小析地理國情普查遙感解譯[J].測繪與空間地理信息,2013,36(11):162-164.

[4] 施建輝,王睿燕,高暉.遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)生產(chǎn)及質(zhì)檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].測繪標(biāo)準(zhǔn)化,2014,30(4):37-39.

[5] 李井春,夏立福,李紅,等.地理國情遙感解譯樣本質(zhì)量控制與檢查初探[J].測繪與空間地理信息,2014,37(6):203-207.

[6] 楊靚,陳新湖,李培,等.地理國情普查一體化生產(chǎn)組織模式探討[J].遙感信息,2014,29(4):20-25.

(責(zé)任編輯：陳文寶)

Application of Sample Data for Remote Sensing Image Interpretation inUnderlying Surface Investigation of Li-Xia River

GUAN Lili, LU Kou, HUANG Yun

(JiangsuProvinceEngineeringInvestigationandResearchInstituteCo.Ltd.,Yangzhou,Jiangsu225000)

It had been collected the attribute data and utilization situation of underlying surface of Li-Xia river by using the interpretation of remote sensing image and the typical field investigation,combined with basal relief map. It provided support to remote sensing image interpretation and solved interrogative and problems in indoor interpretation,improved quality and reliability of interpreted results,provided the premise for it to guarantee of statistical results,accumulated some basic data for long-term investigation and monitoring by field verification and setting sample dates for remote sensing image interpretation.

underlying surface investigation; field verification; remote sensing image interpretation; sample collection

2016-04-22;改回日期:2016-05-04

管莉莉(1986-),女,工程師,大地測量學(xué)與測量工程專業(yè)，從事地理信息研究及應(yīng)用工作。E-mail:362219563@qq.com

P237

A

1671-1211(2016)03-0275-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.005

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160505.1603.046.html 數(shù)字出版日期:2016-05-05 16:03