高分辨率航空影像提取村莊建筑物信息的方法研究

董雪園

摘 要：村莊建筑物信息調查是農村地籍調查、農村建設用地利用現狀調查和農村不動產權籍調查的主要工作。文章在高分辨率正射航空影像融合大比例尺地形圖而形成工作底圖的基礎上。通過圖解影像獲取村莊建筑物輪廓和面積，快速實現村莊建筑物信息調查工作。

關鍵詞：正射影像；地形圖；圖解影像

中圖分類號：TP391.41 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）21-0080-02

1 概述

為查清農村建設用地利用情況，加快農村建設用地規模控制、結構優化和布局調整，深化農村土地制度改革，保障農民合法權益，貫徹《江蘇省關于節約集約用地的意見》（蘇發[2014]6號）文件，依照《土地調查條例》、《地籍調查規程》和《不動產權籍調查技術方案》（試行）有關規定，江蘇省廳統一安排實施農村建設用地調查相關工作。農村建設用地調查工作包括農村地籍調查、農村建設用地利用狀況調查和農村不動產權籍調查。農村地籍調查方法的選擇要充分兼顧農村宅基地、農房統一調查登記發證等后續工作的需要；以農村地籍調查成果中的宗地為基本調查單元，并疊加行政和權屬界線等，依據工作底圖及相關調查信息，形成農村建設用地利用狀況調查成果；農村不動產權籍調查結合地籍測量一并開展房屋測量。房屋調查重點調查房屋的權利人、權屬來源情況、建筑結構、建成年份、批準用途與實際用途、批準面積與實際面積等要素。

地籍調查成果是農村建設用地調查的基礎，地籍測量又是地籍調查的重要內容，地籍測量主要有坐標解析法和影像圖解法[1，2]。坐標解析法點位精度高，量算結果精確，但工作繁瑣，成本較高。影像圖解法依托高分辨率正射影像，利用計算機化處理方法，能夠快速提取地物信息[3]。本文在高分辨率正射航空影像融合大比例尺地形圖而形成工作底圖的基礎上。通過圖解影像獲取農村建筑物輪廓和面積，實現村莊建筑物信息調查工作。

2 試驗

試驗選址于江蘇徐州市某郊區，區域內地勢平坦、地物簡單，主要包含農宅、廠房等建筑物。為試驗開展，搜集0.3米分辨率航空影像數據、1：500比例尺地形圖數據和農村地籍調查成果數據，通過航空影像幾何糾正、影像和地形地籍數據套合，得到符合試驗需求的基礎數據。

首先，采用胡勇[2]等提出的面向對象分割提取建筑物信息的方法，遵循影像濾波、影像分割、特征分析、信息提取等步驟，由計算機和編程軟件輔助，結合用戶解譯，提取建筑物邊緣輪廓。面向對象圖像分析可以利用包括顏色特征、形狀、大小、紋理、和對象層相互關系，從而使目標分類和提取結果具有更好的語義區分，使其更加詳細、精確。此外，圖像對象的處理和分類可以重復進行并相互作用.在每一步提取中，都能產生新的信息和新的知識，從而有利于下一步的分析，圖像分割后，圖像對象的大小、形狀和相關特征信息可以用來進行下一步的分類，所需的圖像信息和感興趣的目標對象可以進一步通過對象處理和分類重復執行后提取出來[4]。

其次，圖解法推算建（構）住物占地面積。高分辨率航空影像識別地物的類型或狀況，主要從色、形、位三個方面體現，結合基礎數據，可判別建（構）筑為紅褐色或灰色、四邊形、排列整齊的規則圖斑，由經驗豐富的技術人員，在現場建（構）筑物外立面圖片分析基礎上，利用ArcMap軟件勾繪試驗區建筑物邊界，依靠ArcMap軟件計算功能獲取房屋建筑面積信息。

采用統計分析理論，結合村莊地籍調查數據，評價圖解法精度指標，計算公式如下：

其中，θ是測量面積與實際面積的偏差絕對值，S是測量面積，是實際面積，δ是測量面積與實際面積的中誤差，n是樣本個數。

結合公式（1）、（2）計算δ，得：

結合圖表分析如下：

（1）由圖1知，建筑物面分類和建筑物輪廓存在部分不吻合現象。分析原因，圖解法判讀結果受航空圖像空間分辨率、先驗知識、熟悉程度，地塊邊界復雜程度等因素的影響[5，6]，影像分辨率制約成圖質量。

（2）結合表1可以看出，圖解數據精度和實測值精度接

近，圖解影像提取建筑物信息是可行的[7，8]。

（3）實際工作發現，圖解法依靠基礎影像資料，可以內業完成邊界特征明顯房屋面積調查，相比解析法省去了外業工作，在資源利用和成本上體現出客觀優勢。

3 結論

基于0.3米分辨率的航空影像，利用圖解法獲取正射影像中村莊建筑物信息，實踐結果表明：圖解法在基礎資料較好的前提下，能夠顯示其高效便捷性；圖解法成果受航空影像分辨率制約，影像空間分辨率越高，圖解精度越高；圖解法能夠滿足農村建設用地測量目的，數據獲取速度快，便于后期數據更新維護，并且在成本控制方面極具優勢[9-11]。結果表明：在滿足精度要求的情況下，在基礎資料較好的前提下，能夠顯示其高效便捷性；圖解影像需要經驗豐富的技術人員和基礎底圖輔助，影像空間分辨率越高，圖解精度越高。

農村地籍調查方法的選擇要充分兼顧農宅、農房登記發證工作；以農村地籍調查成果中的宗地為基本調查單元，并疊加行政和權屬界線等，形成農村建設用地利用狀況調查成果；農村不動產權籍調查結合地籍測量一并開展房屋測量。村莊建筑物信息調查是農村地籍調查、農村建設用地利用現狀調查和農村不動產權籍調查的主要工作，在高分辨率正射航空影像融合大比例尺地形圖而形成工作底圖的基礎上。通過圖解影像獲取村莊建筑物輪廓和面積，快速實現村莊建筑物信息調查工作。村莊建筑物信息調查不僅應該綜合考慮工作目的，儀器設備，方法的可操作性等因素，而且還應該注意測量用途，精度與成本，數據更新等問題，通過試驗區村莊建筑物信息提取實踐，總結工作思路：

（1）搜集影像和地籍資料。（2）制作工作底圖。（3）圖解影像提取建筑物信息。（4）成果檢核。（5）成果整理。（6）數據建庫。

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