基于高分辨率數(shù)據(jù)的云南土地調(diào)查監(jiān)測研究

宋佳恒 李怡蓉

摘 要：遙感影像變化檢測是遙感應(yīng)用研究的熱點(diǎn)之一。針對土地調(diào)查監(jiān)測工作，運(yùn)用遙感影像變化檢測方法，基于不同源衛(wèi)星數(shù)據(jù)（Worldview-2、天繪）和同源衛(wèi)星數(shù)據(jù)（高分一號），分別對云南省兩區(qū)片地表覆蓋物進(jìn)行了不同時點(diǎn)地類變化的檢測，完成了面積合計34km2范圍內(nèi)的遙感影像數(shù)據(jù)變化分析，并通過外業(yè)實地考察核準(zhǔn)了變化檢測結(jié)果，驗證結(jié)果顯示遙感影像變化檢測方法實現(xiàn)的地類變化識別準(zhǔn)確率可達(dá)80%以上，從而證明了該方法在土地監(jiān)測調(diào)查工作中的可行性。

關(guān)鍵詞：遙感影像 變化檢測 地類變化 土地調(diào)查監(jiān)測

中圖分類號：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（c）-0058-02

遙感圖像的變化檢測是指對同一地區(qū)、不同時間所獲取的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行其差異性的提取和分析的過程，包括分析其地表發(fā)生變化的表現(xiàn)以及產(chǎn)生的差異等。遙感圖像變化檢測技術(shù)涵蓋相關(guān)的知識理論面極廣，其圖像處理的過程比較復(fù)雜繁瑣。

第三次全國土地調(diào)查工作即將全面展開，遙感影像變化檢測方法很好地符合了土地調(diào)查監(jiān)測的工作要求。利用普查時點(diǎn)和監(jiān)測時點(diǎn)兩個時期的影像完成變化檢測，基于自動變化檢測結(jié)果開展監(jiān)測工作，將能夠提高內(nèi)業(yè)判讀效率，尤其是針對重點(diǎn)區(qū)域和重點(diǎn)地類的核準(zhǔn)；并且遙感影像變化檢測的介入可以有效指導(dǎo)外業(yè)核查工作，內(nèi)外業(yè)結(jié)合大大減少工作量，提升土地調(diào)查監(jiān)測的準(zhǔn)確度。本文運(yùn)用遙感影像變化檢測方法對云南某區(qū)片進(jìn)行了地類變化分析，并輔以外業(yè)實地核準(zhǔn)，評估了該方法用于土地調(diào)查監(jiān)測工作的可行性。

1 基本原理

從數(shù)據(jù)的輸入到輸出結(jié)果，完整的變化檢測處理過程的主要是由遙感圖像的選取、預(yù)處理、提取差異信息、差異評定等一些方面內(nèi)容組成，結(jié)合普查與監(jiān)測兩個時點(diǎn)的遙感影像變化檢測方法流程如圖1所示。首先，利用前期普查成果和同時期的影像數(shù)據(jù)，以及獲取的監(jiān)測時點(diǎn)的后時相影像數(shù)據(jù)，利用遙感影像處理和分析軟件，進(jìn)行前后兩時相影像預(yù)處理、影像分割、變化檢測、合并圖斑、剔除噪聲等處理流程，并輸出變化檢測結(jié)果；然后，利用前期普查成果和變化檢測結(jié)果文件，同時結(jié)合收集、整理的多行業(yè)專題數(shù)據(jù)，對變化情況進(jìn)行總體分析，根據(jù)監(jiān)測時點(diǎn)的實施方案提出的技術(shù)路線，確定需要更新的區(qū)域和更新內(nèi)容，對不能確定的變化類型，進(jìn)行外業(yè)核查，對內(nèi)業(yè)判讀確定的圖斑，按照一定比例進(jìn)行外業(yè)核查；最終結(jié)合外業(yè)調(diào)查與核查結(jié)果，進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)編輯及整理，形成符合入庫要求的監(jiān)測成果數(shù)據(jù)集。

2 數(shù)據(jù)結(jié)果處理與分析

2.1 實驗數(shù)據(jù)及分析方法

為合理評價遙感影像變化檢測方法的適用性，本文分別選取了兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對分析：（1）以分辨率0.5m的Worldview-2衛(wèi)星影像為前時相測試數(shù)據(jù)（2012年9月），以分辨率為2m的天繪衛(wèi)星影像為后時相驗證數(shù)據(jù)（2015年4月）；（2）以分辨率為2m的高分一號衛(wèi)星影像為實驗數(shù)據(jù)，前時相測試數(shù)據(jù)為2014年10月，后時相驗證數(shù)據(jù)為2015年3月。衛(wèi)星影像區(qū)域均為云南省某市縣區(qū)域，前一組影像數(shù)據(jù)屬城鄉(xiāng)結(jié)合部，面積約為24km2；后一組影像數(shù)據(jù)屬連片開發(fā)建設(shè)區(qū)域，面積為10km2。運(yùn)用遙感影像變化檢測方法前，所有的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)均統(tǒng)一為2m分辨率和3波段的RGB真彩色。

遙感影像變化檢測一般分為兩種方式：（1）直接法，同一區(qū)域不同時相遙感影像的光譜信息進(jìn)行處理比較，進(jìn)而確定變化的位置與范圍，優(yōu)點(diǎn)在于直接確定變化的位置，避免大范圍分類，提高了檢測效率；（2）一種是先分類再進(jìn)行變化檢測，該方法的檢測結(jié)果為兩個時相分類數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后生成的變化圖，其精度只大致相當(dāng)于每個時相分類精度值的乘積，每一單獨(dú)分類中的誤差會在空間比較過程中被進(jìn)一步放大。因此，本文采用直接法進(jìn)行兩時相遙感影像的變化檢測，所有的影像處理分析均采用ENVI 5.0軟件，檢測操作包括波段差計算、聚類小圖斑、平滑核心圖斑、剔除噪聲圖斑等，具體結(jié)果如圖2所示。

2.2 實驗結(jié)果與分析

由圖2可以看出，對于不同影像數(shù)據(jù)源的檢測，其主要為建筑物變化，其次為構(gòu)筑物、植被等少量變化；而對于同一影像數(shù)據(jù)源的檢測，主要變化為建筑物和灘涂。為更準(zhǔn)確地驗證變化檢測精度，我們對檢測區(qū)域重要地物進(jìn)行了全野外實地核查，統(tǒng)計結(jié)果見表1。

由表1統(tǒng)計結(jié)果可知，基于衛(wèi)星遙感影像變化檢測的識別準(zhǔn)確率可達(dá)80%以上，基本能夠達(dá)到土地調(diào)查監(jiān)測更新要求。對于自然地物、水系與人工地物發(fā)生的變化，變化檢測結(jié)果較為理想；但對于裸地和建筑物之間發(fā)生的變化，不易區(qū)分，這是由于二者在影像特征上表現(xiàn)出的極高相似度；對于構(gòu)筑物的變化，存在邊界提取不完整的現(xiàn)象，一定程度上造成了識別上的困難。同時，發(fā)現(xiàn)同源與非同源的影像數(shù)據(jù)，在變化檢測識別的準(zhǔn)確度上差別不大，而且共同表現(xiàn)為構(gòu)筑物識別上的困難。雖然在計算機(jī)自動解譯過程中，結(jié)合了目視解譯輔助（如圖1所示），但由于人工操作經(jīng)驗的差異，仍然會不可避免地出現(xiàn)一定數(shù)量的誤判，這也是影像準(zhǔn)確率的一個重要原因。除此以外，遙感影像變化檢測識別準(zhǔn)確度還取決于影像的精度、數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)預(yù)處理質(zhì)量等因素，采用相同數(shù)據(jù)源及優(yōu)化預(yù)處理過程將有可能提高檢測精度。

3 結(jié)語

本文研究結(jié)果表明，采用遙感影像變化檢測技術(shù)對普查區(qū)域進(jìn)行變化檢測，根據(jù)變化檢測結(jié)果確定監(jiān)測工作方案，更新地表覆蓋和土地利用要素的技術(shù)流程是可行的。與常規(guī)的通過人工過屏比對、毫無目的性的全面檢測變化區(qū)域的方式相比，基于遙感影像變化檢測技術(shù)的變化更新方法，為監(jiān)測工作提供了具有針對性的指導(dǎo)作用，即在影像變化檢測結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行更新發(fā)現(xiàn)，確定更新方式及更新內(nèi)容。這種監(jiān)測更新方法可以有效避免人工逐屏比對產(chǎn)生的遺漏，幫助發(fā)現(xiàn)一定量尚未被識別的變化區(qū)域，減少人工判讀造成的丟漏，在一定程度上保證了匯交成果的可靠性、準(zhǔn)確性；同時，節(jié)省了人工比對發(fā)現(xiàn)變化的時間，提高了工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜濤，馬國銳，秦前清.基于遙感影像的變化檢測技術(shù)[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2017（2）：255-257.

[2] 邢帥，孫曼，徐青，等.變化檢測技術(shù)及其在高分辨率衛(wèi)星遙感影像中的應(yīng)用[J].測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報，2007，24 （51）：53-55.

[3] 孫曉霞，張繼賢，燕琴，等.遙感影像變化檢測方法綜述及展望[J].遙感信息，2011（1）：119-123.