基于高分SAR與光學(xué)影像數(shù)據(jù)融合的濱海濕地變化監(jiān)測(cè)方法

吳瑞娟

1. 內(nèi)江師范學(xué)院地理與資源科學(xué)學(xué)院，四川 內(nèi)江 641100； 2. 河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211100

濱海濕地是自然作用和人類(lèi)活動(dòng)劇烈地帶，及時(shí)監(jiān)測(cè)濕地資源及其生態(tài)環(huán)境的變化具有重要現(xiàn)實(shí)意義?；诟叻直媛市l(wèi)星影像的遙感變化檢測(cè)技術(shù)是濱海濕地精細(xì)化變化監(jiān)測(cè)的一種有效手段，但目前大多數(shù)研究?jī)H利用單源遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行變化監(jiān)測(cè)，較少綜合利用多源遙感數(shù)據(jù)的互補(bǔ)性，從而制約了變化監(jiān)測(cè)精度。光學(xué)影像光譜信息豐富，但不能穿透植被冠層。合成孔徑雷達(dá)(synthetic aperture radar,SAR)具有穿透力強(qiáng)，能夠探測(cè)植被水文特征等優(yōu)點(diǎn)，克服了光學(xué)影像在濕地變化監(jiān)測(cè)中的局限性。

論文立足濱海濕地覆蓋范圍廣、類(lèi)型多樣的場(chǎng)景特點(diǎn)，按照“先變化提取后變化類(lèi)型識(shí)別”思路，針對(duì)SAR與光學(xué)影像數(shù)據(jù)融合、變化提取以及變化識(shí)別方面存在的問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，以期提高濱海濕地變化監(jiān)測(cè)的精度和自動(dòng)化水平。主要內(nèi)容如下：

(1) 針對(duì)單源遙感數(shù)據(jù)無(wú)法完整表達(dá)濕地復(fù)雜變化信息的問(wèn)題，引入分離度概念，提出了自適應(yīng)加權(quán)的高分SAR與光學(xué)影像融合方法。該方法利用EMD距離度量不同特征對(duì)變化與未變化的分離度，依據(jù)分離度自適應(yīng)確定不同特征的融合權(quán)值，得到特征融合影像。采用TerraSAR-X、高分三號(hào)SAR和資源三號(hào)光學(xué)影像進(jìn)行研究，結(jié)果表明自適應(yīng)融合方法優(yōu)于傳統(tǒng)多特征融合方法，虛檢率明顯降低。

(2) 針對(duì)像元級(jí)變化檢測(cè)方法對(duì)配準(zhǔn)誤差敏感、椒鹽現(xiàn)象嚴(yán)重，而對(duì)象級(jí)變化檢測(cè)方法過(guò)程煩瑣等問(wèn)題，提出了顯著圖引導(dǎo)的結(jié)合像元級(jí)與對(duì)象級(jí)變化檢測(cè)方法。該方法利用視覺(jué)顯著性檢測(cè)生成顯著圖，采用結(jié)合模糊C均值聚類(lèi)和馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)方法初步獲取像元級(jí)變化檢測(cè)結(jié)果，然后在面向?qū)ο蟑B加分割基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)建對(duì)象的不確定性指數(shù)，自適應(yīng)選擇訓(xùn)練樣本進(jìn)行分類(lèi)，得到最終的變化檢測(cè)結(jié)果。研究表明相比于像元級(jí)、對(duì)象級(jí)等方法，提出方法提高了濕地變化提取的精度，改善了像元級(jí)變化檢測(cè)結(jié)果的椒鹽現(xiàn)象，提高了變化提取的自動(dòng)化水平。

(3) 針對(duì)變化識(shí)別中高維特征“維數(shù)災(zāi)難”和多時(shí)相分類(lèi)中單獨(dú)選擇樣本自動(dòng)化程度低的問(wèn)題，提出特征分層選擇和樣本遷移學(xué)習(xí)的變化識(shí)別方法。該方法引入跳躍度概念，采用顧及跳躍度的特征分層選擇方法，依據(jù)特征重要性值對(duì)特征集進(jìn)行優(yōu)化，采用跨時(shí)相的樣本遷移學(xué)習(xí)方法識(shí)別變化區(qū)域的變化轉(zhuǎn)移類(lèi)型。研究發(fā)現(xiàn)特征分層方法為最優(yōu)特征子集的選擇提供了定量參考，樣本遷移學(xué)習(xí)方法得到的分類(lèi)總體精度和Kappa系數(shù)分別為90.95%和0.88，滿足了精細(xì)化濕地變化監(jiān)測(cè)的要求。

(4) 以江蘇鹽城濱海濕地為典型研究區(qū)，開(kāi)展?jié)竦貢r(shí)空變化監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究。采用自適應(yīng)加權(quán)的SAR與光學(xué)影像融合方法和結(jié)合像元級(jí)與對(duì)象級(jí)變化檢測(cè)方法進(jìn)行大范圍的變化提取，采用特征分層選擇與樣本遷移學(xué)習(xí)方法進(jìn)行變化識(shí)別，監(jiān)測(cè)近30年鹽城濕地時(shí)空演變過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)以蘆葦茅草鹽沼、米草鹽沼和堿蓬鹽沼為代表的自然濕地大幅減少，以農(nóng)田、養(yǎng)殖塘為代表的人工濕地以及非濕地大幅增加，并分析了鹽城濕地鹽沼植被演變與圍墾活動(dòng)的響應(yīng)關(guān)系，以及鹽城濕地變化成因。論文對(duì)鹽城濕地時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析的結(jié)果可為政府部門(mén)合理開(kāi)發(fā)利用濕地以及保護(hù)濕地提供決策支持。