王立剛，池淑文

（1.寧夏國土資源地理信息中心，銀川 寧夏 72002）

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

王立剛1，池淑文1

（1.寧夏國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情普查變化區(qū)域的檢測方法，介紹了基于影像的變化區(qū)域監(jiān)測流程。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，再找出變化區(qū)域的方法，即基于影像變化檢測出變化區(qū)域的方法。

變化區(qū)域檢測； 地表覆蓋分類； 監(jiān)督分類

地理國情普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)的主要目標(biāo)是通過核實(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情要素，核準(zhǔn)各類內(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)。

地理國情普查時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)區(qū)域變化檢測是利用時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像進(jìn)行數(shù)據(jù)分類提取，和前一階段生產(chǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，檢測出該地區(qū)的地物有無變化，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)此次地理國情普查的數(shù)據(jù)現(xiàn)狀，變化區(qū)域檢測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)和地表覆蓋分類數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像進(jìn)行自動(dòng)分類，通過自動(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)檢測實(shí)現(xiàn)

基于影像變化檢測識(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

寧夏第一次地理國情普查時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)使用國普辦下發(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普辦時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像要求。寧夏第一次地理國情普查時(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)作過幾何粗校正，所以只需要利用之前的地理國情普查控制點(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

遙感影像地表覆蓋分類信息提取過程也是遙感影像的分類過程。常用的遙感分類方法包括人工目視解譯和計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類兩種[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)分類雖然精度相對(duì)較低，但是分類效率比較高。

此次研究采用基于統(tǒng)計(jì)的遙感分類技術(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)最小分類風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)圖像中的地物分類。通常將這一過程細(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→結(jié)果驗(yàn)證→最終分類結(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)來提高計(jì)算機(jī)分類精度，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，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)展到地表覆蓋分類數(shù)據(jù)上。按照地表覆蓋分類代碼，分別均勻選取10個(gè)一級(jí)類的遙感解譯樣本點(diǎn)，每個(gè)地類選取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未發(fā)生變化。為了保證分類結(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，分類精度越高。

依據(jù)建立的分類模板在一定的分類規(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，分類結(jié)果如圖2所示。

圖2 地表覆蓋監(jiān)督分類結(jié)果圖

利用地理國情要素提取與解譯系統(tǒng)分類精度評(píng)價(jià)，對(duì)分割尺度為20的自動(dòng)分類數(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)的地表覆蓋分類數(shù)據(jù)與自動(dòng)分類的數(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，即可生出地類轉(zhuǎn)移矩陣，找出變化區(qū)域并確定變化后的地類。

2.5 結(jié)果評(píng)價(jià)

此次實(shí)驗(yàn)的監(jiān)督分類數(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，能滿足地理國情時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)變化區(qū)域識(shí)別需求。

3 結(jié) 語

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數(shù)據(jù)，選擇恰當(dāng)?shù)挠?xùn)練區(qū)和分類方法，使用地理國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，可信度較高。此方法也可用于地理國情時(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)分類結(jié)果可作為人工分類參考。

由于地理國情普查數(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)分類結(jié)果進(jìn)行編輯。

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

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B

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。