DSM在地理國情變化檢測中的應用

忻靜

摘 要：根據筆者對第一次全國地理國情普查項目的實際參與，對地理國情普查標準時點核準技術進行研究，分析了變化檢測常規全人工判讀方法的周期局限性，提出基于DSM的快速檢測變化方法，用于提高變化檢測的效率，為今后類似監測項目提供參考。

關鍵詞：地理國情 變化檢測 DSM

中圖分類號：TP79 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0023-02

地理國情普查是一項重大的國情國力調查，主要對地表自然和人文地理要素的空間分布、特征及其相互關系等地理國情開展普查，系統掌握權威、客觀、準確的地理國情信息，是制定和實施國家發展戰略與規劃、優化國土空間開發格局和各類資源配置的重要依據，是推進生態環境保護、建設資源節約型和環境友好型社會的重要支撐[1]。地理國情監測則是通過對地理國情進行動態地測繪、統計，從地理的角度來綜合分析和研究國情，為政府、企業和社會各方面提供真實可靠和準確權威的地理國情信息[2]。

隨著第一次全國地理國情普查的深入開展，目前已進入標準時點核準階段。本次地理國情普查的標準時點為2015年6月30日，核準的主要目標是通過核實從數據采集到標準時點階段發生變化的內容，核準各類內容的正確性，補充新增內容，消除普查前階段由于資料時效性和外業局限性等導致的現勢性參差不齊現象，使普查成果盡可能反映普查標準時點的狀態，為普查數據統計提供翔實的數據基礎，同時建立帶有統一時間信息的本底數據庫，為今后長期監測服務[3]。面對周期緊、任務重等現狀，如何快速識別變化區域成為必須逾越的難題。

在城市發展和變化日新月異的今天，及時掌握和發現城市的變遷和土地利用現狀變化、控制城市土地和房產有效利用和合理開發，控制產業合理發展，是各級城市規劃、國土管理等政府部門和相關研究機構十分關心的問題[4]。故快速地識別變化區域，進行變化檢測，將有利于提高生產、管理效率和質量。該文結合第一次全國地理國情普查的標準時點核準項目，論述DSM在變化檢測中的有效應用。

1 地理國情變化檢測的常規方法

第一次全國地理國情普查標準時點核準的總體技術流程包括標準時點核準新影像的糾正與配準、變化區域識別、變化區域地表覆蓋分類及地理國情要素信息編輯整理等技術環節。

其中，變化區域識別的常規方式是，將普查前階段成果數據疊加到標準時點核準新影像上，通過全人工判讀檢查變化區域。該方式利用標準時點核準階段獲取并處理的新影像資料，疊加前階段普查數據成果，并對照前階段使用的影響資料，根據地表覆蓋數據、地理國情要素數據核準的重點內容，選擇目標類型圖斑或要素，逐一對比影像，根據影像特征，與周邊地物的相互關系以及其他專題性、輔助性信息確定是否發生地物變化。對變化的區域，按照普查的各項技術規定依據試點核準影像，對普查數據進行核準。經時點核準新增或做了修改的圖斑以及原生產標記TAG值為4，但經核準未發生變化的圖斑，其生產標記TAG賦值為5。

但常規方法不適用于周期緊、任務重的變化區域識別任務。

2 利用DSM進行快速的變化檢測

快速識別變化區域的方式可以是采用數字攝影測量方法生產不同時相的數字表面模型（DSM），并通過設置一定闕值后，經過程序計算，進行變化檢測。

2.1 標準時點核準技術路線

收集利用分別與普查作業所用影像資料時間和標準時點核準時間相對應的兩期航空影像數據，采用常用遙感影像處理軟件變化檢測功能，通過自動或人機交互，識別出兩個時間之間發生變化的區域。

基于識別出的變化區域，再利用標準時點核準階段獲取的新影像資料，疊加前階段普查數據成果，必要時對照前階段使用的影像資料進行確認，按照普查的各項技術規定要求，對變化區域進行核準，開展地表覆蓋分類，提取新增地理國情要素信息，并結合收集的相關行業最新資料，對有關地理國情要素的屬性進行編輯整理，完成標準時點核準工作。其他區域，也應利用標準時點核準階段獲取的新影像資料進行類別正確性核準。

2.2 變化檢測技術

①對原地表覆蓋TAG屬性值為4的圖斑，均不需要額外進行變化區域標識。在變化區域信息提取時，再對TAG值為4的圖斑逐一全部核準。②以1：2000基礎地形圖幅框為識別單元（變化較大區域以1：1000、1：500圖幅框為識別單元），疊加DSM變化檢測結果圖斑，對變化區域進行快速勾勒范圍并標識。在檢查階段，通過卷簾工具對比2015年和2014年數字正射影像，疊加前階段普查地表覆蓋、地理要素矢量數據，進一步進行識別檢測。如發現解譯分類錯誤，也需要依據最新影像改正。

2.3 變化檢測對象

2.3.1 地表覆蓋數據核準主要對象

（1）前階段作業時處于變化中的地物類別。

普查前階段作業中已標記為時點核準階段時需核準（生產標記TAG值為4）的圖斑類別，表示圖斑范圍內正處于變化中，包括建筑工地等有關類別，應進行核準。

（2）非人工建造類別變更為人工建造類別。

針對非人工建造類別圖斑，經過與標準時點核準影像資料對比，發現以下變化的情況，應進行核準：原為耕地類，變更為房屋建筑、道路、構筑物等類型；原為園地類，變更為房屋建筑、道路、構筑物等類型；原為林地類，變更為房屋建筑、道路、構筑物等類型；原為草地類，變更為房屋建筑、道路、構筑物等類型。

（3）建造強度發生顯著或根本變化的類別。

部分人工建造類別發生了顯著的建造強度變化，應進行核準。具體包括：高密度低矮房屋建筑區變更為建筑工地、多層及以上高層建筑、耕地、園地、林地、草地等類型；硬化地表變更為房屋建筑或道路等類型。

（4）季節性、重復性變化的類別。

對耕地、園地、林地、草地、水面、裸露地表等覆蓋類型，由于生長周期、季節變換等引起的交替和重復性變化，應依據普查數據采集要求核準其分類正確性。如確認是交替或重復性變化，可不做更新；否則，須依據最新影像進行核準。

2.3.2 地理國情要素數據核準主要對象

需進行標準時點核準的地理國情要素包括以下幾類：新增的鐵路、公路和城市道路，以及相應的交通設施；各級行政區以及行政村的變更及代碼更新；2014-2015年新增或撤銷的各類社會經濟區域單元；2014-2015年新增或撤銷的居住小區、休閑娛樂景區、體育活動場所、宗教場所等。

2.4 DSM變化檢測生產

2.4.1 數學基礎

大地基準：采用上海平面坐標系統。高程基準：采用吳淞高程系，高程系統為正常高。

2.4.2 精度要求

（1）格式與分辨率。

DSM數據以格網形式存儲，格式為ESRI Arcinfo ASCII Grid，文件后綴為.asc，格網間距設置為航攝影像分辨率的2倍。

（2）圖幅接邊。

對于不同區域網提取的DSM，在其重疊區域會存在一定差異，為了確保相鄰圖幅的DSM平滑過渡。當圖幅接邊中誤差小于兩倍標準中誤差時，對圖幅接邊未知DSM取均值；當圖幅接邊中誤差大于兩倍標準中誤差時，需人工編輯接邊未知[5]。

（3）檢測結果的格式。

矢量格式，采用shp文件，其屬性數據中包含變化檢測的新增或拆除的信息，提交成果包括shp、dbf、shx等文件。

（4）閾值設定。

高度閾值：3m；面積閾值：100m2。

2.4.3 資料利用

資料包括航空影像數據、空三成果數據、相機參數等內容。

其中，航空影像數據用于提取DSM的原始航飛數據，該次變化檢測利用2014、2015年兩時相、同為0.25米分辨率的上海全市航空影像數據。空三成果數據是指空三加密后，經過平差得到的外方位元素，包括3個線元素、3個角元素，單位分別為米和度。

2.4.4 生產流程

（1）空三成果與相機參數導入。

將空三成果及相機參數導入至數字攝影測量軟件，用于生產DSM。導入完成后，須進行檢查，確保空三成果的正確性。

（2）提取參數設置及自動提取DSM。

在進行自動提取DSM之前，需對DSM的參數進行設置，考慮到上海地區地形地貌的特性，平滑參數不宜設置過大，否則會導致輪廓的模糊，同時特征提取的參數要能夠體現地理國情普查的指標，并符合標準時點核準對象的變化顯著性特點，以便得到適當的斷裂線。

（3）快速檢測變化。

在設置了一定閾值后（高度閾值和面積閾值），通過DSM的差分檢測工具進行程序計算，得到顯示變化檢測結果的圖斑，對2014年—2015年之間的顯著變化進行快速識別。

3 結語

該文論述了第一次全國地理國情普查標準時點核準工作中變化檢測的常規及利用DSM等主要方法，通過對標準時點核準技術路線、變化檢測技術、對象、DSM變化檢測生產等內容的研究，表明了利用DSM進行變化檢測，有利于提高地理國情普查標準時點核準的工作效率，更對今后其他類似的變化區域識別項目具備參考價值。

參考文獻

[1] 國務院關于開展第一次全國地理國情普查的通知[S].中央政府門戶網站.2013.

[2] 百度百科.百度[引用日期2015-06-15].

[3] 國家測繪地理信息局.第一次全國地理國情普查標準時點核準實施方案[S].北京：國家測繪地理信息局，2015.

[4] 郭容寰.基于DSM和DOM特征的城市變化檢測[C].第四屆“測繪科學前沿技術論壇”論文精選.2012.

[5] 上海市測繪院.JSB527-2012 DSM變化檢測生產技術標準[G].上海：上海市測繪院，2012.