面向?qū)ο蟮某鞘幸?guī)劃遙感監(jiān)測專題研究

劉勇　邵宇鵬　李增順　石志恒

摘 要：面向?qū)ο蠓椒ǘ嘁詧D像分割技術(shù)為基礎(chǔ)，受噪聲和預(yù)處理影響小，利用地物的光譜、紋理等圖像信息，挖掘高分辨率遙感圖像上地物的形狀、大小、位置、屬性等信息，有效改善人工目視解譯高分辨率影像建筑物及其動態(tài)提取效率低下、精度難以控制等問題。本文主要開展面向?qū)ο蟮某鞘幸?guī)劃遙感監(jiān)測專題研究，分析多時相組合分割模式下城市規(guī)劃監(jiān)測精度。

關(guān)鍵詞：遙感;高分辨率;城市規(guī)劃;變化檢測

1 緒論

隨著高分辨率遙感影像發(fā)展及普及，遙感技術(shù)為城市規(guī)劃監(jiān)測提供了新的技術(shù)手段和方法，針對高分辨率遙感圖像提出的面向?qū)ο蠓椒?，受到越來越多的關(guān)注?，F(xiàn)有的面向?qū)ο蟮臋z測方法按照不同時相影像對象的獲取方式一般可以分為：直接對象比較法、對象分類后比較法和多時相對象變化檢測。其中多時相對象變化檢測是將兩時相的圖像疊加在一起進(jìn)行分割，這樣分割出來的對象在兩個時相的影像中具有相同的邊界，可以充分利用幾何和光譜信息進(jìn)行變化檢測。該方法最先是由Desclee提出，也是目前廣泛使用的變化檢測方法。

2 研究方法

基于面向?qū)ο箝_展多時相遙感影像變化檢測，主要技術(shù)流程如下圖所示。對多時相衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行預(yù)處理，選擇分割方式進(jìn)行多尺度分割，并通過調(diào)整分割參數(shù)得到最佳分割結(jié)果，不斷優(yōu)化閾值，提高提取精度。

面向?qū)ο笞兓瘷z測技術(shù)流程圖

2.1 影像預(yù)處理工作

開展遙感影像坐標(biāo)系統(tǒng)一、影像重采樣、空間配準(zhǔn)等預(yù)處理工作，由于遙感圖像之間輻射特征差異是變化檢測的依據(jù)，所以還需通過輻射校正，消除或改正因輻射誤差而引起影像畸變，保證不同時相遙感影像像元亮度值具有可比性[1]。完成影像預(yù)處理工作，使多時相圖像變化檢測分析建立在可靠的、統(tǒng)一的空間位置和光譜輻射基準(zhǔn)上。

2.2 圖像分割

（1）分割方式。本研究采用多時相組合分割模式對不同時相的圖像進(jìn)行分割。多時相組合分割模式是疊加兩個時相圖像的所有波段進(jìn)行分割，獲得變化對象與不變對象，同時考慮了不同時相的圖像特征，雖然得到的圖像對象相對于單一時相的圖像對象較為破碎，不能完整體現(xiàn)單一時相的圖像對象特征，但分割得到的對象能夠反映兩時相的圖像對象特征，且得到的圖像對象具有空間一致性，便于比較和分析[2]。

（2）特征值構(gòu)建。變化向量是一種基于不同時相圖像之間的輻射變化，著重對各波段的差異進(jìn)行分析、計算，確定變化強度和方向特征的變化檢測方法[3]。變化強度通過確定n維空間中兩個數(shù)據(jù)點之間的距離求得，即：

（3）閾值選取方法。本研究采用人工交互式閾值選取方式，將閾值設(shè)定為距離對象亮度均值等距離標(biāo)準(zhǔn)差處，如均值μ±nσ標(biāo)準(zhǔn)差，其中n是常數(shù)，n的取值因研究區(qū)、研究對象的不同而不同。根據(jù)先驗知識選擇一個經(jīng)驗區(qū)域，進(jìn)行多次反復(fù)試驗，不斷調(diào)整取值來達(dá)到滿意的檢測精度。

2.3 樣本選取

本研究以河北省A市城區(qū)為研究區(qū)，利用2005年和2010年兩期高分辨率影像開展，其中的樣本是統(tǒng)計及精度評價的基礎(chǔ)資料，為保障樣本的可靠性、統(tǒng)計和參數(shù)估計的簡易性，本研究采用隨機(jī)采樣的方法來選擇樣本。樣本大小為3×3像元，其中變化樣本77個，共計693個像元;非變化樣本74個，共計666個像元。

2.4 精度評價

依據(jù)目標(biāo)地物提取面積大于100m2的提取標(biāo)準(zhǔn)開展精度評價。如下表所示，當(dāng)閾值選擇為μ+0.3σ或μ+0.4σ時，總體精度達(dá)到最大值0.83。通過對提取結(jié)果的分析觀察，當(dāng)閾值選取為μ+0.4σ，漏提現(xiàn)象較為嚴(yán)重，因此將閾值確定為μ+0.3σ。

3 結(jié)論

文章使用不同分割閾值對高分辨率遙感圖像進(jìn)行面向?qū)ο笞兓瘓D斑提取，形成不同分割閾值精度趨勢圖，并結(jié)合誤差矩陣對提取精度進(jìn)行評價?？偨Y(jié)如下：（1）經(jīng)過試驗分析，采用以多尺度分割為基礎(chǔ)的面向?qū)ο蟮淖兓瘷z測方法，能夠有效檢測出面狀地物的變化情況。（2）變化圖斑提取的準(zhǔn)確性，依賴于多尺度分割的結(jié)果和閾值的設(shè)定，線狀地物變化圖斑的提取容易出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，完整性有待提高;城市中高大建筑物的陰影容易引起偽變化圖斑的提取;城市周邊耕地由于耕作期差異，引起的偽變化現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

參考文獻(xiàn)：

[1]田慶久，鄭蘭芬.基于遙感影像的大氣輻射校正和反射率反演方法[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，1998（4）：456-461.

[2]胡永月，肖鵬峰，馮學(xué)智，張學(xué)良，袁敏.面向?qū)ο笞兓瘷z測中多時相圖像分割模式影響評價.南京大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)），2015.9.

[3]趙英時.遙感應(yīng)用分析原理與方法.科學(xué)出版社，2013.