遙感影像信息獲取技術(shù)在地理國情監(jiān)測中的應(yīng)用研究

馮杰婷

摘 要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，如何處理社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、生態(tài)、資源、人口等各個(gè)要素之間的關(guān)系，促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展，是當(dāng)前亟待解決的問題。因此，通過相關(guān)監(jiān)測手段對我國地理國情現(xiàn)狀予以全面掌握，是當(dāng)前社會(huì)生態(tài)文明建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。而在地理國情監(jiān)測項(xiàng)目中，地表覆蓋信息提取的關(guān)鍵在于快速、準(zhǔn)確地獲取遙感影像包含的地物信息。因此，研究和探討遙感影像信息獲取技術(shù)在地理國情監(jiān)測中的應(yīng)用具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：遙感影像；地物信息；數(shù)據(jù)源；地理國情監(jiān)測

中圖分類號：P208；P237 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.030

地理國情監(jiān)測是指通過各種技術(shù)方法和手段（移動(dòng)通信技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、航空航天遙感技術(shù)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)等），對自然地理要素和人文要素等進(jìn)行定量空間化和動(dòng)態(tài)的監(jiān)測，并對其中的變化趨勢、變化頻率、變化量、地域差異和分布特征等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，從而生成關(guān)于生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、資源等要素的發(fā)展變化規(guī)律、空間分布的研究報(bào)告和監(jiān)測數(shù)據(jù)地圖等，以供政府進(jìn)行相關(guān)戰(zhàn)略決策。我國幅員遼闊，地理國情復(fù)雜，尤其是改革開放的實(shí)施，促使我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，土地利用與覆蓋發(fā)生了巨大的變化。與此同時(shí)，城鄉(xiāng)發(fā)展不平衡，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化與生態(tài)環(huán)境和能源資源的矛盾等問題日益突出。這些問題使得我們必須加快發(fā)展地理國情監(jiān)測，以準(zhǔn)確、真實(shí)、可靠的地理國情信息，為政府準(zhǔn)確掌握國力國情，科學(xué)、規(guī)范管理，為社會(huì)生態(tài)文明建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展助力。

1 遙感影像信息獲取技術(shù)概述

在地理國情監(jiān)測項(xiàng)目中，遙感影像是最重要的數(shù)據(jù)源。按照觀測方式和觀測平臺(tái)，地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取一般有航天衛(wèi)星遙感、航空機(jī)載遙感、平流層飛艇遙感、低空無人遙感、水下遙感和地面觀測等方式，通過搭載微波、高光譜、紅外線等多種探測手段互相配合，從而為地理國情監(jiān)測提供多時(shí)相、多分辨率、多源的數(shù)據(jù)資源。

1.1 遙感影像信息獲取技術(shù)概念

遙感影像信息獲取技術(shù)是指在大量可用的遙感影像資源之中提取有用的信息，比如某一區(qū)域的地物、溫度等信息，并且將提取的信息儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫，以供用戶查詢使用。而將遙感影像信息從海量的遙感影像資源中挖掘出來，一直都是遙感影像研究領(lǐng)域的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

1.2 遙感影像的分割方法

遙感影像分割是指依照特定的算法，將一幅影像分割成多個(gè)互不相干的影像對象，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)化影像分析對分割后形成的影像對象展開相應(yīng)分析。由此可見，影像分析的關(guān)鍵在于影像分割，它關(guān)系到影像分析的結(jié)果。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，影像分割技術(shù)如今已有近千種算法，包括基于特定理論的分割方法、基于邊界技術(shù)和域相結(jié)合的分割方法、基于邊緣檢測的分割方法、基于區(qū)域的分割方法、基于邊界的分割方法等。

1.3 遙感影像的分類方法

遙感影像主要有兩種解譯方式，即計(jì)算機(jī)自動(dòng)解譯和目視解譯。計(jì)算機(jī)自動(dòng)解譯分類速度快，并且受人為主觀因素的影響較少，主要方法有監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類兩種。監(jiān)督分類是指首先提取統(tǒng)計(jì)信息和選擇訓(xùn)練樣本，然后再選擇合適的分類算法；非監(jiān)督分類不用經(jīng)過人工選擇訓(xùn)練樣本這一過程，而是在遙感影像中對自然相似光譜集群自動(dòng)搜尋與定義，然后將搜尋定義的數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)作比較，從而將其劃分至某一類別中。目視解譯是遙感影像工作人員需具備的最基本的一項(xiàng)技能，工作人員依據(jù)遙感影像的解譯標(biāo)志可實(shí)現(xiàn)人工解譯。目視解譯是一個(gè)漫長且煩瑣的過程，需要將遙感影像人工數(shù)字化，人為主觀因素的干擾較大，不但工作人員的工作量大，而且解譯效果準(zhǔn)確率低。

2 遙感影像信息獲取技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 分割參數(shù)設(shè)置

影像分析的關(guān)鍵在于影像分割，它關(guān)系到影像分析的結(jié)果。要想得到令人滿意的成果，影像分割結(jié)果就必須符合相關(guān)要求。因此，設(shè)置合理的分割參數(shù)至關(guān)重要。在對各個(gè)分割尺度參數(shù)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，一般采用控制變量法。在此，需要注意以下兩點(diǎn)：①當(dāng)緊致度因子權(quán)重為中間值，且在一定尺度下時(shí)，形狀因子參數(shù)不宜過小。這是因?yàn)楫?dāng)形狀因子參數(shù)逐漸增大時(shí)，影像對象的邊界鋸齒逐漸減少，對應(yīng)地物的綜合尺度逐漸增大，影像對象數(shù)目逐漸減少；而如果形狀因子參數(shù)較小，分割邊界就會(huì)過于細(xì)膩，影像對象的邊界鋸齒增加。②在一定尺度下，設(shè)置的緊致度因子不能偏小。因?yàn)楫?dāng)緊致度因子過小時(shí)，影像對象的鋸齒較多，使得影像對象的邊界相對來說不是很準(zhǔn)確?？傊瑢τ诓煌匚锏奶崛?，應(yīng)當(dāng)設(shè)置不同的分割參數(shù)多次分割影像，分割分類再分割分類，直至達(dá)到最好的解譯效果。

2.2 分類精度評價(jià)

在人工編輯修改分割分類的遙感影像之前，還需要對其進(jìn)行分類精度評價(jià)。分類精度評價(jià)是指真實(shí)影像包含的地物與導(dǎo)出的矢量結(jié)果之間的吻合度，即評價(jià)分類結(jié)果，確定分類的可靠性和精度。假如導(dǎo)出的矢量包含的要素與真實(shí)影像中所對應(yīng)的地物類型接近，那么解譯結(jié)果就具有很高的精度。因此，對于遙感影像的分類結(jié)果，分類精度評價(jià)是非常重要的，它將直接影像解譯結(jié)果其他分析的可靠性。精度驗(yàn)證一般有兩種方式，即ROC曲線和混淆矩陣。ROC曲線采用圖形的方式來表達(dá)分類精度，較為形象；而混淆矩陣則為較常用的方式。需進(jìn)行精度評價(jià)的因子主要有以下幾個(gè)：①混淆矩陣?；煜仃囉糜诒容^地表真實(shí)信息與分類結(jié)果，可以在一個(gè)混淆矩陣?yán)锩骘@示分類結(jié)果的精度，是通過將分類圖像中的分類和相應(yīng)位置與每個(gè)地表真實(shí)影像的分類與位置進(jìn)行比較得出的。②總體分類精度。它是指正確分類的像元總和與總像元數(shù)的比值。③Kappa系數(shù)。它是通過將影像像元總和乘以混淆矩陣對角線像元總和，再減去某一類中地表真實(shí)像元總數(shù)與被誤分成該類像元總數(shù)之積對所有類別求和的結(jié)果，再除以總像元數(shù)的平方差減去某一類中地表真實(shí)像元總數(shù)與該類中被分類像元總數(shù)之積對所有類別求和的結(jié)果所得到的。④漏分誤差。它指原本屬于地表真實(shí)分類，卻沒有被分到相應(yīng)類別的像元數(shù)。⑤錯(cuò)分誤差。它是指被分為用戶感興趣的類，而事實(shí)上屬于另一類像元。⑥用戶精度。它是指假設(shè)將像元?dú)w到A類，相應(yīng)的地表真實(shí)類別是A類的概率。⑦制圖精度。它是指假設(shè)地表真實(shí)為A類，分類器能夠?qū)⒁环鶊D像的像元?dú)w為A類的概率。

2.3 分類后處理

分類后處理是指先運(yùn)用模型生成器建立模型，然后進(jìn)行人工編輯修改。人工編輯修改的主要任務(wù)是人工編輯自動(dòng)解譯完的數(shù)據(jù)，嚴(yán)格匹配不準(zhǔn)確的影像和邊界，并且修改相應(yīng)的屬性。人工編輯修改完成之后，再使用相鄰面屬性檢查工具檢查人工編輯修改完成的數(shù)據(jù)。如果檢查出錯(cuò)誤，還應(yīng)當(dāng)繼續(xù)人工編輯修改，直至沒有錯(cuò)誤為止。

3 結(jié)論

應(yīng)用遙感影像信息提取技術(shù)能夠?qū)b感影像的形狀、紋理、光譜等信息進(jìn)行充分的利用，且提取的結(jié)果滿足地理國情信息的提取要求。將遙感影像信息提取技術(shù)應(yīng)用于地理國情監(jiān)測中，不僅能加快地理國情普查的速度，減少工作人員的工作量，還能極大地提升普查效率。本文首先簡單介紹了地理國情監(jiān)測和遙感影像信息提取技術(shù)的相關(guān)概念，然后從分割參數(shù)設(shè)置、分類精度評價(jià)、分類后處理三方面詳細(xì)介紹了遙感影像信息獲取技術(shù)在地理國情監(jiān)測中的具體應(yīng)用，希望能借此推動(dòng)遙感影像信息提取技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，以更好地為地理國情監(jiān)測工作服務(wù)。

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〔編輯：劉曉芳〕