遙感變化檢測技術(shù)在“三舊”改造項(xiàng)目進(jìn)度監(jiān)測中的應(yīng)用研究

吳楷釗，謝 萍

(廣東省國土資源技術(shù)中心，廣東廣州 510075)

遙感變化檢測技術(shù)在“三舊”改造項(xiàng)目進(jìn)度監(jiān)測中的應(yīng)用研究

吳楷釗，謝 萍

(廣東省國土資源技術(shù)中心，廣東廣州 510075)

“三舊”改造項(xiàng)目實(shí)施過程中，改造進(jìn)度是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。以遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用遙感變化檢測技術(shù)，開展“三舊”改造項(xiàng)目進(jìn)度監(jiān)測可以為“三舊”改造監(jiān)管工作提供客觀、真實(shí)、準(zhǔn)確、及時(shí)的輔助決策依據(jù)。本文以廣州市天河區(qū)A、B兩個(gè)“三舊”改造項(xiàng)目為例，采用面向?qū)ο蟮淖兓畔z測方法，在遙感影像圖上對“三舊”改造項(xiàng)目范圍內(nèi)的地表特征變化情況進(jìn)行監(jiān)測，并分析項(xiàng)目改造進(jìn)度情況。

遙感；變化檢測技術(shù)；“三舊”改造；項(xiàng)目進(jìn)度；監(jiān)測

一、引 言

為貫徹落實(shí)國家有關(guān)規(guī)定，廣東省于2009年出臺(tái)《關(guān)于推進(jìn)“三舊”改造促進(jìn)節(jié)約集約用地的若干意見》，實(shí)踐證明，“三舊”(包括舊城鎮(zhèn)、舊廠房與舊村莊)改造可有效優(yōu)化土地資源，提高單位土地的產(chǎn)出率，有利于促進(jìn)廣東省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級與經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變。在 “三舊”改造項(xiàng)目實(shí)施過程中，項(xiàng)目改造進(jìn)度信息是評價(jià)改造效果和有效監(jiān)管改造工作的重要信息。利用遙感技術(shù)覆蓋面廣、客觀準(zhǔn)確的特點(diǎn)，在遙感影像圖上對“三舊”改造項(xiàng)目范圍內(nèi)的地表特征變化情況進(jìn)行監(jiān)測，是對“三舊”改造進(jìn)度實(shí)施監(jiān)測的有效手段。

二、技術(shù)方法

遙感影像變化信息檢測是從不同時(shí)期的遙感數(shù)據(jù)中，定量分析和確定地表變化的特征與過程[1]，即根據(jù)遙感圖像和參考數(shù)據(jù)不同時(shí)相的觀測來提取、描述感興趣物體或現(xiàn)象隨時(shí)間變化的特征，并定量分析、確定其變化的理論和方法。目前主流的方法大致可分為直接比較法與分類后比較法。直接比較法[2]是直接對同區(qū)域不同時(shí)相遙感影像光譜信息進(jìn)行處理，確定變化位置與范圍，通過人工解譯或分類確定變化類型。目前常用的方法有主成分分析法(PCA)、影像代數(shù)法(主要指影像差值法與比值法)、植被指數(shù)(NDVI)法[3]等方法，這類方法均屬于像素級變化信息提取，變化檢測過程中通常需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定相關(guān)閾值，人為因素影響大，且受數(shù)據(jù)源、檢測對象等條件限制，檢測結(jié)果存在較多偽變化像素。而分類后比較法是運(yùn)用同一分類體系，采用如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[4]、支持向量機(jī)[5]等方法對不同時(shí)相遙感影像單獨(dú)分類，對分類結(jié)果進(jìn)行直接比較，獲取變化區(qū)域類型、位置和范圍，該方法可回避多時(shí)相數(shù)據(jù)因獲取季節(jié)與傳感器不同帶來的歸一化問題，同時(shí)可直接獲取變化類型、數(shù)量與位置，不受時(shí)相數(shù)限制[6]，目前主要有像素級分類后比較法與面向?qū)ο蠓诸惡蟊容^法。

本文根據(jù)“三舊”改造項(xiàng)目實(shí)施過程的特點(diǎn)，制定對應(yīng)分類體系，采用基于多尺度分割技術(shù)的面向?qū)ο蠓诸惙椒?，通過eCognition軟件建立多特征空間，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，建立科學(xué)的規(guī)則集，對“三舊”改造項(xiàng)目開展過程中的不同時(shí)相遙感影像進(jìn)行單獨(dú)分類，將不同時(shí)相的分類結(jié)果進(jìn)行空間疊加分析，獲取變化類型與范圍，實(shí)現(xiàn)對“三舊”改造項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)測的目的。

三、研究區(qū)域及數(shù)據(jù)源概況

本文選取廣州市天河區(qū)A、B兩個(gè)“三舊”改造項(xiàng)目，采用的遙感影像數(shù)據(jù)情況見表1。

四、技術(shù)路線

1.建立分類體系

“三舊”改造對象主要為舊城鎮(zhèn)、舊廠房與舊村莊，屬于建設(shè)用地，一般改造的過程包括拆舊、施工和完工等環(huán)節(jié)，因此必須針對上述各環(huán)節(jié)的特征分析總結(jié)對應(yīng)的光譜、形狀等遙感影像特征，為下一步分類及對比監(jiān)測奠定基礎(chǔ)。通過分析項(xiàng)目改造各階段出現(xiàn)的各種地類變化，結(jié)合遙感影像特征，制定了包含房屋建筑(區(qū))、裸露地表、臨時(shí)構(gòu)筑物、硬化地表、植被共5種地表覆蓋的分類體系。

表1 遙感影像數(shù)據(jù)情況

2.自動(dòng)分類方法

目前面向?qū)ο蠓诸惖闹髁鬈浖堑聡鳧efiniensImaging公司開發(fā)的一款基于面向?qū)ο罄碚摰闹悄芑跋穹治鲕浖Cognition(易康)[7-8]，它采取基于決策專家系統(tǒng)的模糊分類算法，并通過多尺度分割技術(shù)采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄍ黄屏藗鹘y(tǒng)基于像元光譜信息分類的局限性。本文以eCognition軟件為平臺(tái)，首先將影像進(jìn)行多尺度分割[9]形成對象單元；再基于對象本身及對象間的特征屬性，選擇隸屬度函數(shù)，建立規(guī)則模型，分別對兩個(gè)改造項(xiàng)目地塊對應(yīng)的3個(gè)不同時(shí)相影像進(jìn)行分類；最后將不同時(shí)相影像的分類結(jié)果進(jìn)行空間疊加，分析地類之間的變化，進(jìn)而了解“三舊”改造項(xiàng)目的開展進(jìn)度。

由于影像數(shù)據(jù)源不同，使得相同地物所表現(xiàn)出的特性也不同，故需要針對不同數(shù)據(jù)源，建立模糊分類定義的成員函數(shù)，確定閾值，制定相應(yīng)的分類規(guī)則集，提取各類別信息。首先利用NDVI(植被指數(shù))與NDWI(水體指數(shù))分別提取各期影像的植被與水體，房屋建筑(區(qū))；臨時(shí)構(gòu)筑物則是利用亮度值(bright)、密度(density)與貢獻(xiàn)率(ratio)等作為特征屬性；裸露地表與硬化地表則是利用貢獻(xiàn)率(ratio)與相對邊界(relative border to class)等作為特征屬性。

圖1 A改造項(xiàng)目3期影像

特殊情況的處理主要有以下幾個(gè)方面：①由于拍攝傾角的影響，致使具有一定高度的房屋建筑物、樹木等地物產(chǎn)生陰影，陰影的產(chǎn)生遮擋了影像地物的有效信息，故按照就近原則與鄰近地類圖斑(非房屋建筑物、非樹木)歸并。②因拆舊后受項(xiàng)目工期影響，擱置暫未施工而成為荒草地的地塊，以及因拆舊、施工等過程形成的積水面，容易與項(xiàng)目改造完成后的綠地和水面混淆，需進(jìn)行界定后歸入裸露地表分類中。③有草地覆蓋的操場和儲(chǔ)水的泳池作為設(shè)施用地，歸入到房屋建筑(區(qū))。④計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類后，將分類結(jié)果中的小面積圖斑按就近就大原則進(jìn)行歸并，最后對誤分錯(cuò)分地類進(jìn)行人工編輯歸類。

3.改造進(jìn)度監(jiān)測

通過研究分析，選定2006年SPOT5影像作為A改造項(xiàng)目進(jìn)度監(jiān)測的基期影像，2008年QuickBird影像為第2期影像，2010年WorldView2影像為第3期影像；B改造項(xiàng)目的基期影像為2008年Quick-Bird影像，2010年、2012年WorldView2分別為第2、第3期影像。利用eCognition軟件按照上述分類方法，在多尺度分割后建立規(guī)則集，分別對各期影像進(jìn)行分類，通過空間疊加分析地類變化，按照一定原則推斷地塊所處的改造階段，如基期影像為房屋建筑(區(qū))，后期影像為裸露地表，則推斷該地塊處于拆舊階段；若后期影像為硬化地表或臨時(shí)構(gòu)筑物，則推斷其處于施工階段；而后期影像表現(xiàn)為規(guī)則的房屋建筑(區(qū))、人工綠化或水體，則認(rèn)為其處于完工階段。如此分別統(tǒng)計(jì)處于拆舊、施工與完工階段的地類面積，并計(jì)算“三舊”改造項(xiàng)目的拆舊率、施工率與完工率，從而監(jiān)測并掌握項(xiàng)目的改造進(jìn)度。

4.試驗(yàn)結(jié)果與分析

(1)試驗(yàn)結(jié)果

A、B改造項(xiàng)目的3期影像如圖1、圖2所示。A、B改造項(xiàng)目變化信息檢測結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖2 B改造項(xiàng)目3期影像

圖3 A改造項(xiàng)目變化信息檢測結(jié)果

圖4 B“三舊”改造項(xiàng)目變化信息檢測結(jié)果

(2)“三舊”改造進(jìn)度監(jiān)測結(jié)果

“三舊”改造項(xiàng)目地類面積統(tǒng)計(jì)如表2所示?！叭f”改造項(xiàng)目進(jìn)度如表3所示。

(3)試驗(yàn)結(jié)果分析

圖3、圖4變化信息檢測結(jié)果圖例中“房屋建筑區(qū)to硬化地表”表示為從房屋建筑(區(qū))變?yōu)橛不乇?，以此類推，圖中白色鏤空圖斑為地表覆蓋未發(fā)生的圖斑。結(jié)合表2、表3統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析可知，2008年A改造項(xiàng)目地塊面積的75.65%處于已動(dòng)工階段，至2010年該項(xiàng)目完工率已達(dá)66.19%；其余33.29%地塊面積已處于施工階段，接近全范圍改造狀態(tài)。2010年B項(xiàng)目地塊面積的58%處于已動(dòng)工狀態(tài)，至2012年為止，拆舊率達(dá)到86.22%，但完工率仍為0。

表2 “三舊”改造項(xiàng)目地類面積統(tǒng)計(jì)情況畝(1畝＝666.67 m2)

表3 “三舊”改造項(xiàng)目進(jìn)度情況 (%)

試驗(yàn)結(jié)果表明，利用本文提出的變化檢測方法，對“三舊”改造項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)測，可以真實(shí)地反映項(xiàng)目的進(jìn)展情況，同時(shí)大幅度提高了工作效率。

五、結(jié)束語

本文提出的基于面向?qū)ο蠓诸惖淖兓畔z測方法，可實(shí)現(xiàn)多源、多時(shí)相、高低分辨率遙感影像分類與變化檢測，在克服噪聲、信息零散、破碎的同時(shí)，可保證成果數(shù)據(jù)精度。試驗(yàn)證明，通過該方法可實(shí)時(shí)進(jìn)行“三舊”改造項(xiàng)目進(jìn)度監(jiān)測，有效保證“數(shù)據(jù)、圖件、實(shí)地”三者的一致性，可以為政府的管理決策提供客觀準(zhǔn)確的決策依據(jù)。

由于本文提出的方法是面向?qū)ο蠓诸惡蟊容^法，其變化檢測精度絕大程度上取決于分類精度，目前優(yōu)化分類方法是提高其精度的有效措施，而分類過程中，受遙感影像的多源性與多時(shí)相性等影響，分類結(jié)果中存在一定錯(cuò)分漏分現(xiàn)象，需通過人工目視解譯對其進(jìn)行編輯。因此，在確保精度要求的前提下，如何進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)分類的自動(dòng)化與智能化，是后續(xù)工作的主要內(nèi)容。

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Application of Remote Sensing Change Detection Technology in the“Old Buildings Reform”Project Progress Monitoring

WU Kaizhao，XIE Ping

P237

B

0494-0911(2014)07-0082-04

2014-01-16

吳楷釗(1980—)，男，廣東南澳人，高級工程師，主要從事國土信息化工作。

吳楷釗，謝萍.遙感變化檢測技術(shù)在“三舊”改造項(xiàng)目進(jìn)度監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J].測繪通報(bào)，2014(7)：82-85.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014.0232