在ERDAS IMAGINE中建立邯鄲市TM影像土地類型解譯標志

周金艷(河南工業(yè)大學信息科學工程學院,河南 鄭州 450052)

1 引言

遙感(Remote sensing)是以航空攝影技術為基礎,在 20世紀60年代初發(fā)展起來的一門新興技術[1]。遙感技術具有客觀、及時的特點,能夠在較短時間內連續(xù)獲取大面積的資源和環(huán)境數(shù)據(jù),用于土地利用動態(tài)監(jiān)測具有得天獨厚的優(yōu)勢。實現(xiàn)遙感監(jiān)測土地利用變化的一種方法是對多時相、多源遙感數(shù)據(jù)進行分析并作糾正配準融合等預處理,然后利用處理結果進行計算機自動分類和人工判讀目視解譯,得到各時相的土地利用分類結果,比較分類結果便可發(fā)現(xiàn)土地利用中的變化情況[2]。本文以邯鄲市為例闡述在Erdas Imagine中建立TM影像土地類型解譯標志,進而了解該區(qū)土地利用的情況。

2 研究區(qū)域概況和數(shù)據(jù)采集

2.1 研究區(qū)域概況

邯鄲位于河北省最南部,太行山南段東麓和華北平原南部,屬典型的中緯度地區(qū)。地勢總體西高東低,自西向東階梯狀分布著山地、丘陵、盆地、高平原、低平原等類型。全市土地總面積120.7萬hm2,其中耕地、園地、林地、牧草地、居民點及工礦用地、交通用地、水域和未利用土地分別占土地總面積的57.8%、1.6%、7.8%、0.06%、9.6%、1.8%、4.6%和16.8%。耕地主要分布在東部平原地區(qū),東部10縣耕地總面積 44.6萬hm2,占全市耕地面積的63.8%;林地、未利用土地集中分布在西部山地丘陵區(qū)[3]。

2.2 遙感數(shù)據(jù)的采集

隨著遙感技術的飛速進步,從航空到航天,從可見光到微波,從多波段到高光譜等各種類型、各種分辨率、各種價格的遙感數(shù)據(jù)可供選擇,這使得遙感資料選擇成為判讀解譯的首要問題。這次操作中遙感數(shù)據(jù)的選擇主要考慮了以下幾點。

(1)從遙感資料類型方面看,航天遙感的視野比航空遙感開闊,觀察的地點范圍大,可以發(fā)現(xiàn)地表面積內宏觀的、總體的特征;在同樣長的時間內,航天遙感的觀察范圍遠遠大于航空遙感。這次選擇的是陸地資源5號衛(wèi)星所獲取的TM影像。TM(Thematic Mapper)為專題制圖儀,一種改進的多光譜掃描儀。其空間、光譜、輻射性能均比MSS有明顯提高,因而數(shù)據(jù)質量提高,數(shù)據(jù)量增加。TM選用可見光-熱紅外(0.45～12.5μm)譜段,共分7個較窄,更適宜的波段。

(2)波段組合對目視判讀的效果也是很重要的。第4波段(近紅外波段)集中反映植物的強反射,用于植被類型、生物量和作物長勢的調查,可用來增強土壤與農作物和陸地與水域之間的反差;第3波段(紅波段位于葉綠素地吸收區(qū))能增強植被覆蓋與無植被覆蓋之間的反差,亦能增強同類植被的反差;第2波段(綠波段),對水體的穿透能力較強,對植被的反射敏感,位于葉綠素的兩個吸收帶之間,利用這一波段增強前別植被的能力[4]。在這次操作過程中,通過分析該區(qū)域數(shù)據(jù)的光譜信息結構,綜合比較各波段信息,計算各波段信息的相關性,所采用的波段組合是TM4、3、2標準假彩色組合。

(3)從比例尺與分辨率選擇方面看,高清晰度的圖像可以反映出物體實際形狀、圖案、紋理等特征,但宏觀大規(guī)?，F(xiàn)象不易在大比例尺圖像上讀出。根據(jù)要解譯的遙感圖像內容的不同選擇合適的遙感數(shù)據(jù),這次選擇的遙感數(shù)據(jù)是 TM影像,空間分辨率為30m。

2.3 輔助資料的準備

主要收集到的輔助資料有河北地形圖、邯鄲市土地利用總體規(guī)劃(1997～2010年)、邯鄲市ETM+影像(作為TM影像幾何校正的參考文件)以及邯鄲市歷史資料、人口和社會經(jīng)濟情況等。

3 TM影像的預處理

3.1 技術路線

遙感影像的預處理中數(shù)據(jù)的精度對于后期進行土地類型解譯時影響是很大的。每一步都有數(shù)據(jù)精度檢驗,只有滿足精度要求才能繼續(xù)進行,否則會降低解譯的準確度,本文操作流程如圖1所示。

圖1 建立土地類型解譯標志流程圖

3.2 幾何校正

幾何校正(GeometricCorrection)就是將圖像數(shù)據(jù)投影到平面上,使其符合地圖投影系統(tǒng)的過程[5],幾何校正包含了地圖坐標系統(tǒng)的設置,其校正流程如圖2所示。

本次操作中圖像幾何校正計算模型選擇的是多項式變換(Polynomia1)。多項式變換在衛(wèi)星圖像校正過程中應用較多,原理直觀,計算簡單在調用多項式模型時,需要確定多項式的次方數(shù),通常整景圖像選擇3次方。次方數(shù)與所需要的最少控制點數(shù)是相關的,最少控制點數(shù)計算公式為:((t+1)*(t+2))/2,式中t為次方數(shù),對于相對平坦的研究區(qū)域,有較高的校正精度[5]。對邯鄲市兩張TM影像進行幾何校正操作時t=3,采用窗口采點模式進行采點,均選擇了 27個控制點,且精度分別控制在0.2250和0.2310個象元,滿足精度控制在0.5個象元以下的要求。地面控制點(GCP)的選取是幾何校正中最重要的一步,精度控制很重要,會影響到校正結果精度。

此時重新定位后的象元點在原輸入圖像中的行列號不是或者不全是整數(shù)關系,導致了分布不均勻,所以需要根據(jù)輸出圖像上的各象元在原始圖像中的位置,按一定規(guī)則對原輸入圖像重新采樣,進行亮度值的插值計算,從而建立新的圖像矩陣。這就是圖像重采樣的過程。ERDASIMAGINE提供鄰近點插值法、雙線性插值法、立方卷積插值法3種常用的重采樣方法。這次操作中選擇了雙線性內插法。該方法能夠產(chǎn)生平均化的濾波效果,能輸出一個邊緣比較平滑的連貫圖像。

圖2 幾何校正流程圖

3.3 遙感圖像的不規(guī)則裁剪與鑲嵌

根據(jù)邯鄲市區(qū)域范圍和行政界線在邯鄲市TM影像上建立用戶感興趣區(qū)域(AOI),確定裁剪區(qū)域,在ERDAS圖標面板菜單條中單擊Main|Data Preparation|SubsetImage命令,設置相關參數(shù),進行不規(guī)則裁剪操作。在各個分幅影像裁剪完成后,需要將分幅影像拼接成一幅完整的邯鄲市TM影像。進行鑲嵌操作的兩張邯鄲市TM影像有足夠寬的重疊區(qū),相鄰的圖像色調(對彩色圖像)一致,而且依據(jù)相同的地圖投影方式進行分幅校正,可以直接進行圖像拼接操作。

4 建立TM影像土地類型解譯標志

遙感影像解譯指從遙感圖像獲取目標地物信息的過程[4]。土地利用類型的解譯需要根據(jù)專業(yè)(部門)的要求,運用利于土地類型的解譯標志、專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗,從TM影像上識別各種土地利用類型,定性、定量地提取出目標的分布、功能、結構等有關信息,并將其表示在地理底圖上的過程。

4.1 遙感影像解譯原則

整體性和綜合性原則,要充分利用多種解譯標志,綜合分析地物特征,不能片面的強調個別“典型標志”的作用,將其絕對化,更不能將某種“典型”色調或結構特征與某種地物等同起來,否則很容易造成解譯的錯誤;兼顧多尺度原則,在研究區(qū)域影像宏觀尺度的輪廓之后進行中小尺度的詳細解譯,多個層次相互補充;先易后難,循序漸進原則[6]。

4.2 遙感影像解譯依據(jù)

經(jīng)過預處理之后的邯鄲市TM影像上依據(jù)遙感影像直接解譯標志、地物相關關系等間接解譯標志、邯鄲市區(qū)域特點和全國土地分類系統(tǒng)。

4.2.1 遙感影像直接解譯標志

遙感影像的直接解譯標志,它是遙感圖像上能直接反映和判別地物信息的影像特征。包括形狀、大小、陰影、色調、顏色、紋理、圖案、位置和布局?？梢哉f直接解譯標志是判讀目標自身特點在影像上的直接表現(xiàn)形式,有時是判讀的充分條件。下面重點介紹這次操作中使用較多的4類遙感影像直接解譯標志。

(1)色調。它是最直接、最重要的解譯標志,一般影像判讀前要通過多種方法提取色調信息。例如水庫顏色深藍色,山脈上因有大量植被覆蓋,在標準假彩色上呈紅色。

(2)形狀。在遙感影像上能觀察到的的是目標物的頂部或平面形狀。例如107國道和309國道的判別。

(3)紋理。是指與色調配合看上去平滑或粗糙的紋理的粗細程度,例如水庫坑塘在影像上質底均勻紋理細膩,類型邊界非常清晰。

(4)位置。即目標物體所在的環(huán)境部位,例如邯鄲市園地,該類用地幾何形狀多數(shù)不規(guī)則,主要在中西部山地丘陵區(qū)擴展,紋理不清晰,在邯鄲各縣中均有分布。

4.2.2 遙感影像間接解譯標志

遙感技術中存在著一定的局限性,有些土地利用類型不能直接從影像的直接解譯標志中判讀出來,需要從其他相關事物之間的聯(lián)系,通過豐富的專業(yè)知識和嚴密的邏輯推理間接的解譯出來。間接解譯標志和直接解譯標志要相結合以提高解譯的判正率。

4.2.3 邯鄲市區(qū)域特點與全國土地利用分類系統(tǒng)

邯鄲市區(qū)域特點包括其地理位置、地形地貌、交通條件、土地資源利用現(xiàn)狀和經(jīng)濟條件等。這次使用的是第2次全國土地調查采用的分類系統(tǒng)《土地利用現(xiàn)狀分類》國家標準(GB/T21010-2007)?！锻恋乩矛F(xiàn)狀分類》國家標準采用一級、二級兩個層次的分類體系。

4.3 實地檢驗并建立最終解譯標志

在初步建立邯鄲市TM影像土地類型解譯標志后進行了實地檢驗,修正后的解譯結果見表1。

表1 邯鄲市TM影像土地類型解譯標志

5 結語

通過陸地資源衛(wèi)星 TM影像圖對邯鄲市進行土地利用類型調查,基于遙感技術的解譯方法進行土地利用類型調查,是一種準確、經(jīng)濟、高效的方法。對遙感圖像進行適當?shù)膱D像處理,可以提高土地利用類型解譯精度的重要環(huán)節(jié)。在目視判讀過程中,通過建立準確的解譯標志,采取適當?shù)呐凶x方法和實地驗證可以提高解譯質量。完善統(tǒng)一的解譯標志是圖像庫、圖形庫、屬性數(shù)據(jù)庫的標準,也是實現(xiàn)多期圖形疊加進行動態(tài)監(jiān)測精度的保證。

[1]張永民.遙感技術在數(shù)字城市建設中的應用[J].中國信息界,2010(4):23～25.

[2]宋海波.土地利用動態(tài)遙感監(jiān)測[EB/OL].[2010-11-13].http://jwc.cugb.edu.cn/dizhi/cugb_jpkc/djgl/1-2/jxdg/jxjy03.htm.

[3]邯鄲市國土資源局.邯鄲市土地利用總體規(guī)劃[R].邯鄲:邯鄲市國土資源局,2008.

[4]彭望琭.遙感概論[M].北京:高等教育出版社,2002.

[5]黨安榮,王曉棟,陳曉峰.ERDASIMAGINE遙感圖像處理方法[M].北京:清華大學出版社,2003.

[6]田建林,雷 平,石軍南.QuickBird影像目視判讀在土地利用類型調查中的應用研究[J].四川林勘設計,2006(1):45～48.