多源遙感技術(shù)在土地利用的應(yīng)用綜述

王凱+趙懂

摘要：該文簡述了多源遙感的概念，多源遙感技術(shù)的意義和作用以及多源遙感應(yīng)用的有關(guān)技術(shù)（主要包括遙感影像的融合技術(shù)）的現(xiàn)狀的進(jìn)展，并著重闡述了多源遙感在土地利用方面的一些進(jìn)展；同時(shí)也提出了些許問題和一些期望。

關(guān)鍵詞：多源；遙感影像；融合；土地利用

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）34-8328-02

近年來，遙感技術(shù)成幾何增長發(fā)展，光學(xué)、熱紅外等各類衛(wèi)星傳感器在對地觀測方面得到了廣泛的應(yīng)用，同一地區(qū)獲取的多光譜、多時(shí)相、多分辨率衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)越來越多，我們將這一類的數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為多源衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)。多源衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)相對于單一的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)來說提供了互補(bǔ)、冗余和合作等特性。

利用衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行土地利用動態(tài)監(jiān)測已經(jīng)應(yīng)用的越來越廣泛，其研究主要包括：土地利用動態(tài)變化監(jiān)測，解決土地利用變化率、變化的地點(diǎn)及其變化空間的范圍，還有環(huán)境等對土地利用變化的影響等。常規(guī)的技術(shù)方法有：采用空間分辨率和時(shí)間分辨率不同的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，獲取土地利用變化的時(shí)間序列和空間范圍等數(shù)據(jù)，與此同時(shí)借以非遙感數(shù)據(jù)的輔助，比如地面調(diào)查數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合分析。

20世紀(jì)末，多源遙感影像融合的應(yīng)用發(fā)展，對進(jìn)一步測量土地利用的動態(tài)變化已成為全球遙感界主要研究課題之一。單一傳感器的遙感資料由于各種條件的限制，已經(jīng)難以滿足對區(qū)域土地利用動態(tài)變化監(jiān)測的需求，利用影像融合技術(shù)將來自不同傳感器的影像信息融合后產(chǎn)生新的影像已成為一種趨勢。

1 多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)

1.1航空遙感

先進(jìn)的航拍遙感技術(shù)主要利用無人機(jī)。無人駕駛飛機(jī) （Unmanned aerial vehicle），是一種可控制、能攜帶多種任務(wù)設(shè)備、執(zhí)行多種任務(wù)，并能重復(fù)使用的無人駕駛航空器。自控的微型無人駕駛飛機(jī)攜帶專業(yè)的數(shù)碼相機(jī)，能夠構(gòu)建成區(qū)別于傳統(tǒng)航空遙感的“微型航空遙感系統(tǒng)”，與傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感相比具有更高的機(jī)動靈活性，并可在云層下飛行，有效的避免了云的影響，增強(qiáng)了遙感影像的時(shí)效性，不受重訪周期的限制，同期能夠獲取高空間分辨率的遙感影像；無人機(jī)的這有優(yōu)點(diǎn)越來越受到研究者的青睞，應(yīng)用方面也具有廣闊的前景。

徐麗華等人以寧波象山縣泗洲頭鎮(zhèn)東聯(lián)村為例，通過無人機(jī)進(jìn)行遙感航拍，結(jié)合研究區(qū)及周邊地區(qū)的地形圖，利用遙感專題信息提取技術(shù)對東聯(lián)村進(jìn)行用地類型現(xiàn)狀提??；并通過實(shí)地調(diào)查研究，進(jìn)行其新農(nóng)村的規(guī)劃，從而論證無人機(jī)航拍技術(shù)在新農(nóng)村規(guī)劃方面應(yīng)用的可行性和實(shí)效性。

1.2 Landsat系列衛(wèi)星

利用陸地衛(wèi)星Landsat所得到的TM等遙感圖像進(jìn)行土地利用現(xiàn)狀調(diào)查編制土地利用現(xiàn)狀遙感解譯圖結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行土地利用動態(tài)監(jiān)測是以地圖的形式全面地系統(tǒng)地反映土地利用狀況及其分布規(guī)律的一種有效工具。

TM影像總共有七個(gè)波段， 這七個(gè)波段的信息考慮了不同地物的光譜特征及大氣影響，所以這些波段的選擇過程和結(jié)果本身就是對影像的一種優(yōu)化。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)具體的研究對象特征確定分類的波段和分類的數(shù)目。以往的研究表明， 除了第6波段外，其它波段反映的地表光譜信息量最豐富。所以以多時(shí)相的TM數(shù)據(jù)為主要信息源并結(jié)合其他資料開展城市土地利用變化遙感監(jiān)測研究具有一定的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。

1.3 SPOT系列衛(wèi)星

SPOT-5衛(wèi)星于2002年5月發(fā)射升空。與前幾顆衛(wèi)星相比， SPOT-5在性能上做了巨大的改進(jìn)， 能夠?yàn)檠芯空咛峁┝烁鼮樨S富、可靠、動態(tài)的地表信息資源。SPOT-5衛(wèi)星遙感影像的空間分辨率最高為2. 5m，其傳感器能夠完成前后模式實(shí)時(shí)獲取立體影像；它在運(yùn)營性能、數(shù)據(jù)的存儲和傳輸?shù)确矫嬉捕加辛孙@著的提高。

經(jīng)處理后的SPOT衛(wèi)星遙感影像能滿足土地利用動態(tài)變化監(jiān)測的需求。利用SPOT衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)的幾何校正、影像增強(qiáng)和預(yù)分類等處理，結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)地的抽樣調(diào)查，可以在綜合分析實(shí)地調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確的獲取研究區(qū)內(nèi)的衛(wèi)星遙感影像解譯標(biāo)志。然后根據(jù)對衛(wèi)星遙感影像的計(jì)算機(jī)自動解譯，能確定土地利用的類型。利用遙感影像資料結(jié)合GIS技術(shù)進(jìn)行土地利用調(diào)查，可以建立一套完善的數(shù)字化地理信息基礎(chǔ)資料，為合理利用土地資源，土地利用規(guī)劃修編等政府決策提供可靠的依據(jù)。

1.4 雷達(dá)遙感

成像雷達(dá)遙感全天候全天時(shí)工作和穿透一些地物的特點(diǎn)是其它光學(xué)成像遙感所無法相比的。目前，雷達(dá)遙感在很多領(lǐng)域得到極其廣泛的應(yīng)用。

黃明祥等針對熱點(diǎn)雷達(dá)數(shù)據(jù)ERS-2，以地處云量較多的杭州灣海涂圍墾區(qū)為研究樣區(qū)，經(jīng)過幾何校正，影像的配準(zhǔn)，假彩色合成等影像預(yù)處理過程，對實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行分區(qū)后，針對不同子區(qū)的農(nóng)業(yè)土地利用類型，分別采用非監(jiān)督分類和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類進(jìn)行農(nóng)業(yè)土地利用分類。研究結(jié)果表明SAR遙感數(shù)據(jù)可以替代多光譜遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)土地利用調(diào)查。

當(dāng)然SAR遙感監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用主要針對的是那些難以獲得衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的地區(qū)。經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在農(nóng)作物生長季，我國北方多光譜遙感數(shù)據(jù)的有效利用率僅為3%-5%，而在南方這個(gè)比率則更低僅僅只有1%-3%，但是當(dāng)SAR 以其全天時(shí)，全天候的成像并對某些地物的穿透探測時(shí)，SAR在對地觀測領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢，其獲取數(shù)據(jù)有效率高達(dá)100%，因此可以說SAR是對時(shí)效要求高的農(nóng)業(yè)，林業(yè)等資源調(diào)查監(jiān)測應(yīng)用的最佳選擇。

2 多源遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的融合

2.1多源遙感影像融合的類型

2.1.1 同一傳感器不同分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)的融合

徐志紅，盛樂山等選擇法國SPOT-5的 2.5米全色衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和10米的多光譜衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，通過采用影像融合的方法，利用影像的紋理和光譜響應(yīng)等特征，結(jié)合土地利用現(xiàn)狀矢量圖庫完成土地利用現(xiàn)狀的調(diào)查。endprint

2.1.2 不同傳感器的遙感影像數(shù)據(jù)的融合

許兆軍，胡娟等采用2002年和2003年SPOT 及ETM+數(shù)據(jù)在專業(yè)遙感軟件的輔助下利用多源遙感數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行土地利用變化信息提取并對變化信息進(jìn)行野外調(diào)查核實(shí) 節(jié)省了外業(yè)查找變化地塊時(shí)間提高工作效率保證調(diào)查結(jié)果的可靠性 為今后開展土地變更調(diào)查提供了一種新的方法。

2.2多源遙感影像融合的過程

多源遙感影像融合的過程一般分為2個(gè)過程：數(shù)據(jù)預(yù)處理和影像融合，流程可用圖1來表示。

3 遙感影像分類

3.1目視解譯法

目視解譯是信息社會中地學(xué)研究和遙感應(yīng)用的一項(xiàng)基本技能。遙感技術(shù)可以實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的獲取資源與環(huán)境信息，如重大自然災(zāi)害信息等，可以全方位、全天候地監(jiān)測全球資源與環(huán)境的動態(tài)變化，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供定性、定量與定位的信息服務(wù)。

目視解譯是遙感圖像解譯的一種，又稱目視判讀，或目視判譯，是遙感成像的逆過程。它指專業(yè)人員通過直接觀察或借助輔助判讀儀器在遙感圖像上獲取特定目標(biāo)地物信息的過程。

3.2.計(jì)算機(jī)自動分類法

非監(jiān)督分類與監(jiān)督分類：

非監(jiān)督分類完全按照像元的光譜特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類，常常用于對分類區(qū)沒有什么了解的情況。使用該方法時(shí)。原始圖像的所有波段都參于分類運(yùn)算，分類結(jié)果往往是各類像元數(shù)大體等比例。由于人為干預(yù)較少，非監(jiān)督分類過程的自動化程度較高。非監(jiān)督分類一般要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：初始分類、專題判別、分類合并、色彩確定、分類后處理、色彩重定義、柵格矢量轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計(jì)分析。

監(jiān)督分類比非監(jiān)督分類更多地要求用戶來控制，常用于對研究區(qū)域比較了解的情況。在監(jiān)督分類過程中，首先選擇可以識別或者借助其它信息可以斷定其類型的像元建立模板，然后基于該模板使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動識別具有相同特性的像元。對分類結(jié)果進(jìn)行評價(jià)后再對模板進(jìn)行修改，多次反復(fù)后建立一個(gè)比較準(zhǔn)確的模板，并在此基礎(chǔ)上最終進(jìn)行分類。監(jiān)督分類一般要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：建立模板（訓(xùn)練樣本）、評價(jià)模板、確定初步分類圖、檢驗(yàn)分類結(jié)果、分類后處理、分類特征統(tǒng)計(jì)、柵格矢量轉(zhuǎn)換。

監(jiān)督分類比非監(jiān)督分類具有一定的優(yōu)勢，但是其產(chǎn)生的分類結(jié)果往往也會有較多的錯(cuò)分、漏分情況發(fā)生，從而導(dǎo)致了分類精度降低。

為了提高分類精度，不斷有新的分類方法出現(xiàn)，有些方法因?yàn)槌绦驈?fù)雜而未得到推廣應(yīng)用。因此，在當(dāng)前的遙感技術(shù)發(fā)展的水平條件下，應(yīng)該綜合利用現(xiàn)有的多源遙感數(shù)據(jù)，并結(jié)合GIS技術(shù)，盡可能的提高遙感數(shù)據(jù)分類精度。在獲取了土地利用變化的信息后，在通過統(tǒng)計(jì)分析或者轉(zhuǎn)移矩陣分析等，才能理解和認(rèn)識土地利用的格局特征和演變規(guī)律。

4 討論

多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的融合選擇最優(yōu)融合方法時(shí)主要是針對不同的區(qū)域或自身圖像的特點(diǎn)來決定的。融合的關(guān)鍵是融合前兩幅影像的精確配準(zhǔn)以及融合方法的選擇。

多源衛(wèi)星遙感影像融合技術(shù)的優(yōu)勢表現(xiàn)為 ：

1）可增加圖像的信息利用率。

2）可提高經(jīng)融合的信息的可信度和精度。

3）可增強(qiáng)對目標(biāo)物的檢測與識別能力

4）可降低投資

多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的融合尚待解決的問題是：

多光譜與多傳感器、多空間下遙感影像的融合的理論框架、模型及其算法的研究，影像的性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定，融合理論的精度的提高，實(shí)際應(yīng)用受不同時(shí)相影響以及計(jì)算機(jī)自動分類等問題，是今后衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)融合需要努力研究的方向。

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