DSM在地理國情變化檢測(cè)中的應(yīng)用

忻靜

摘 要：根據(jù)筆者對(duì)第一次全國地理國情普查項(xiàng)目的實(shí)際參與，對(duì)地理國情普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行研究，分析了變化檢測(cè)常規(guī)全人工判讀方法的周期局限性，提出基于DSM的快速檢測(cè)變化方法，用于提高變化檢測(cè)的效率，為今后類似監(jiān)測(cè)項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞：地理國情 變化檢測(cè) DSM

中圖分類號(hào)：TP79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（c）-0023-02

地理國情普查是一項(xiàng)重大的國情國力調(diào)查，主要對(duì)地表自然和人文地理要素的空間分布、特征及其相互關(guān)系等地理國情開展普查，系統(tǒng)掌握權(quán)威、客觀、準(zhǔn)確的地理國情信息，是制定和實(shí)施國家發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃、優(yōu)化國土空間開發(fā)格局和各類資源配置的重要依據(jù)，是推進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的重要支撐[1]。地理國情監(jiān)測(cè)則是通過對(duì)地理國情進(jìn)行動(dòng)態(tài)地測(cè)繪、統(tǒng)計(jì)，從地理的角度來綜合分析和研究國情，為政府、企業(yè)和社會(huì)各方面提供真實(shí)可靠和準(zhǔn)確權(quán)威的地理國情信息[2]。

隨著第一次全國地理國情普查的深入開展，目前已進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)階段。本次地理國情普查的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)為2015年6月30日，核準(zhǔn)的主要目標(biāo)是通過核實(shí)從數(shù)據(jù)采集到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)階段發(fā)生變化的內(nèi)容，核準(zhǔn)各類內(nèi)容的正確性，補(bǔ)充新增內(nèi)容，消除普查前階段由于資料時(shí)效性和外業(yè)局限性等導(dǎo)致的現(xiàn)勢(shì)性參差不齊現(xiàn)象，使普查成果盡可能反映普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)的狀態(tài)，為普查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)提供翔實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時(shí)建立帶有統(tǒng)一時(shí)間信息的本底數(shù)據(jù)庫，為今后長期監(jiān)測(cè)服務(wù)[3]。面對(duì)周期緊、任務(wù)重等現(xiàn)狀，如何快速識(shí)別變化區(qū)域成為必須逾越的難題。

在城市發(fā)展和變化日新月異的今天，及時(shí)掌握和發(fā)現(xiàn)城市的變遷和土地利用現(xiàn)狀變化、控制城市土地和房產(chǎn)有效利用和合理開發(fā)，控制產(chǎn)業(yè)合理發(fā)展，是各級(jí)城市規(guī)劃、國土管理等政府部門和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)十分關(guān)心的問題[4]。故快速地識(shí)別變化區(qū)域，進(jìn)行變化檢測(cè)，將有利于提高生產(chǎn)、管理效率和質(zhì)量。該文結(jié)合第一次全國地理國情普查的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)項(xiàng)目，論述DSM在變化檢測(cè)中的有效應(yīng)用。

1 地理國情變化檢測(cè)的常規(guī)方法

第一次全國地理國情普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)的總體技術(shù)流程包括標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)新影像的糾正與配準(zhǔn)、變化區(qū)域識(shí)別、變化區(qū)域地表覆蓋分類及地理國情要素信息編輯整理等技術(shù)環(huán)節(jié)。

其中，變化區(qū)域識(shí)別的常規(guī)方式是，將普查前階段成果數(shù)據(jù)疊加到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)新影像上，通過全人工判讀檢查變化區(qū)域。該方式利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)階段獲取并處理的新影像資料，疊加前階段普查數(shù)據(jù)成果，并對(duì)照前階段使用的影響資料，根據(jù)地表覆蓋數(shù)據(jù)、地理國情要素?cái)?shù)據(jù)核準(zhǔn)的重點(diǎn)內(nèi)容，選擇目標(biāo)類型圖斑或要素，逐一對(duì)比影像，根據(jù)影像特征，與周邊地物的相互關(guān)系以及其他專題性、輔助性信息確定是否發(fā)生地物變化。對(duì)變化的區(qū)域，按照普查的各項(xiàng)技術(shù)規(guī)定依據(jù)試點(diǎn)核準(zhǔn)影像，對(duì)普查數(shù)據(jù)進(jìn)行核準(zhǔn)。經(jīng)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)新增或做了修改的圖斑以及原生產(chǎn)標(biāo)記TAG值為4，但經(jīng)核準(zhǔn)未發(fā)生變化的圖斑，其生產(chǎn)標(biāo)記TAG賦值為5。

但常規(guī)方法不適用于周期緊、任務(wù)重的變化區(qū)域識(shí)別任務(wù)。

2 利用DSM進(jìn)行快速的變化檢測(cè)

快速識(shí)別變化區(qū)域的方式可以是采用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法生產(chǎn)不同時(shí)相的數(shù)字表面模型（DSM），并通過設(shè)置一定闕值后，經(jīng)過程序計(jì)算，進(jìn)行變化檢測(cè)。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)技術(shù)路線

收集利用分別與普查作業(yè)所用影像資料時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的兩期航空影像數(shù)據(jù)，采用常用遙感影像處理軟件變化檢測(cè)功能，通過自動(dòng)或人機(jī)交互，識(shí)別出兩個(gè)時(shí)間之間發(fā)生變化的區(qū)域。

基于識(shí)別出的變化區(qū)域，再利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)階段獲取的新影像資料，疊加前階段普查數(shù)據(jù)成果，必要時(shí)對(duì)照前階段使用的影像資料進(jìn)行確認(rèn)，按照普查的各項(xiàng)技術(shù)規(guī)定要求，對(duì)變化區(qū)域進(jìn)行核準(zhǔn)，開展地表覆蓋分類，提取新增地理國情要素信息，并結(jié)合收集的相關(guān)行業(yè)最新資料，對(duì)有關(guān)地理國情要素的屬性進(jìn)行編輯整理，完成標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)工作。其他區(qū)域，也應(yīng)利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)階段獲取的新影像資料進(jìn)行類別正確性核準(zhǔn)。

2.2 變化檢測(cè)技術(shù)

①對(duì)原地表覆蓋TAG屬性值為4的圖斑，均不需要額外進(jìn)行變化區(qū)域標(biāo)識(shí)。在變化區(qū)域信息提取時(shí)，再對(duì)TAG值為4的圖斑逐一全部核準(zhǔn)。②以1：2000基礎(chǔ)地形圖幅框?yàn)樽R(shí)別單元（變化較大區(qū)域以1：1000、1：500圖幅框?yàn)樽R(shí)別單元），疊加DSM變化檢測(cè)結(jié)果圖斑，對(duì)變化區(qū)域進(jìn)行快速勾勒范圍并標(biāo)識(shí)。在檢查階段，通過卷簾工具對(duì)比2015年和2014年數(shù)字正射影像，疊加前階段普查地表覆蓋、地理要素矢量數(shù)據(jù)，進(jìn)一步進(jìn)行識(shí)別檢測(cè)。如發(fā)現(xiàn)解譯分類錯(cuò)誤，也需要依據(jù)最新影像改正。

2.3 變化檢測(cè)對(duì)象

2.3.1 地表覆蓋數(shù)據(jù)核準(zhǔn)主要對(duì)象

（1）前階段作業(yè)時(shí)處于變化中的地物類別。

普查前階段作業(yè)中已標(biāo)記為時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)階段時(shí)需核準(zhǔn)（生產(chǎn)標(biāo)記TAG值為4）的圖斑類別，表示圖斑范圍內(nèi)正處于變化中，包括建筑工地等有關(guān)類別，應(yīng)進(jìn)行核準(zhǔn)。

（2）非人工建造類別變更為人工建造類別。

針對(duì)非人工建造類別圖斑，經(jīng)過與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)影像資料對(duì)比，發(fā)現(xiàn)以下變化的情況，應(yīng)進(jìn)行核準(zhǔn)：原為耕地類，變更為房屋建筑、道路、構(gòu)筑物等類型；原為園地類，變更為房屋建筑、道路、構(gòu)筑物等類型；原為林地類，變更為房屋建筑、道路、構(gòu)筑物等類型；原為草地類，變更為房屋建筑、道路、構(gòu)筑物等類型。

（3）建造強(qiáng)度發(fā)生顯著或根本變化的類別。

部分人工建造類別發(fā)生了顯著的建造強(qiáng)度變化，應(yīng)進(jìn)行核準(zhǔn)。具體包括：高密度低矮房屋建筑區(qū)變更為建筑工地、多層及以上高層建筑、耕地、園地、林地、草地等類型；硬化地表變更為房屋建筑或道路等類型。

（4）季節(jié)性、重復(fù)性變化的類別。

對(duì)耕地、園地、林地、草地、水面、裸露地表等覆蓋類型，由于生長周期、季節(jié)變換等引起的交替和重復(fù)性變化，應(yīng)依據(jù)普查數(shù)據(jù)采集要求核準(zhǔn)其分類正確性。如確認(rèn)是交替或重復(fù)性變化，可不做更新；否則，須依據(jù)最新影像進(jìn)行核準(zhǔn)。

2.3.2 地理國情要素?cái)?shù)據(jù)核準(zhǔn)主要對(duì)象

需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)的地理國情要素包括以下幾類：新增的鐵路、公路和城市道路，以及相應(yīng)的交通設(shè)施；各級(jí)行政區(qū)以及行政村的變更及代碼更新；2014-2015年新增或撤銷的各類社會(huì)經(jīng)濟(jì)區(qū)域單元；2014-2015年新增或撤銷的居住小區(qū)、休閑娛樂景區(qū)、體育活動(dòng)場(chǎng)所、宗教場(chǎng)所等。

2.4 DSM變化檢測(cè)生產(chǎn)

2.4.1 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

大地基準(zhǔn)：采用上海平面坐標(biāo)系統(tǒng)。高程基準(zhǔn)：采用吳淞高程系，高程系統(tǒng)為正常高。

2.4.2 精度要求

（1）格式與分辨率。

DSM數(shù)據(jù)以格網(wǎng)形式存儲(chǔ)，格式為ESRI Arcinfo ASCII Grid，文件后綴為.asc，格網(wǎng)間距設(shè)置為航攝影像分辨率的2倍。

（2）圖幅接邊。

對(duì)于不同區(qū)域網(wǎng)提取的DSM，在其重疊區(qū)域會(huì)存在一定差異，為了確保相鄰圖幅的DSM平滑過渡。當(dāng)圖幅接邊中誤差小于兩倍標(biāo)準(zhǔn)中誤差時(shí)，對(duì)圖幅接邊未知DSM取均值；當(dāng)圖幅接邊中誤差大于兩倍標(biāo)準(zhǔn)中誤差時(shí)，需人工編輯接邊未知[5]。

（3）檢測(cè)結(jié)果的格式。

矢量格式，采用shp文件，其屬性數(shù)據(jù)中包含變化檢測(cè)的新增或拆除的信息，提交成果包括shp、dbf、shx等文件。

（4）閾值設(shè)定。

高度閾值：3m；面積閾值：100m2。

2.4.3 資料利用

資料包括航空影像數(shù)據(jù)、空三成果數(shù)據(jù)、相機(jī)參數(shù)等內(nèi)容。

其中，航空影像數(shù)據(jù)用于提取DSM的原始航飛數(shù)據(jù)，該次變化檢測(cè)利用2014、2015年兩時(shí)相、同為0.25米分辨率的上海全市航空影像數(shù)據(jù)。空三成果數(shù)據(jù)是指空三加密后，經(jīng)過平差得到的外方位元素，包括3個(gè)線元素、3個(gè)角元素，單位分別為米和度。

2.4.4 生產(chǎn)流程

（1）空三成果與相機(jī)參數(shù)導(dǎo)入。

將空三成果及相機(jī)參數(shù)導(dǎo)入至數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件，用于生產(chǎn)DSM。導(dǎo)入完成后，須進(jìn)行檢查，確?？杖晒恼_性。

（2）提取參數(shù)設(shè)置及自動(dòng)提取DSM。

在進(jìn)行自動(dòng)提取DSM之前，需對(duì)DSM的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，考慮到上海地區(qū)地形地貌的特性，平滑參數(shù)不宜設(shè)置過大，否則會(huì)導(dǎo)致輪廓的模糊，同時(shí)特征提取的參數(shù)要能夠體現(xiàn)地理國情普查的指標(biāo)，并符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)對(duì)象的變化顯著性特點(diǎn)，以便得到適當(dāng)?shù)臄嗔丫€。

（3）快速檢測(cè)變化。

在設(shè)置了一定閾值后（高度閾值和面積閾值），通過DSM的差分檢測(cè)工具進(jìn)行程序計(jì)算，得到顯示變化檢測(cè)結(jié)果的圖斑，對(duì)2014年—2015年之間的顯著變化進(jìn)行快速識(shí)別。

3 結(jié)語

該文論述了第一次全國地理國情普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)工作中變化檢測(cè)的常規(guī)及利用DSM等主要方法，通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)技術(shù)路線、變化檢測(cè)技術(shù)、對(duì)象、DSM變化檢測(cè)生產(chǎn)等內(nèi)容的研究，表明了利用DSM進(jìn)行變化檢測(cè)，有利于提高地理國情普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)的工作效率，更對(duì)今后其他類似的變化區(qū)域識(shí)別項(xiàng)目具備參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 國務(wù)院關(guān)于開展第一次全國地理國情普查的通知[S].中央政府門戶網(wǎng)站.2013.

[2] 百度百科.百度[引用日期2015-06-15].

[3] 國家測(cè)繪地理信息局.第一次全國地理國情普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)實(shí)施方案[S].北京：國家測(cè)繪地理信息局，2015.

[4] 郭容寰.基于DSM和DOM特征的城市變化檢測(cè)[C].第四屆“測(cè)繪科學(xué)前沿技術(shù)論壇”論文精選.2012.

[5] 上海市測(cè)繪院.JSB527-2012 DSM變化檢測(cè)生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[G].上海：上海市測(cè)繪院，2012.