基于遙感和物聯(lián)網(wǎng)技術的國土利用變更動態(tài)監(jiān)測方法

摘 要：常規(guī)的國土利用變更動態(tài)監(jiān)測方法主要通過全覆蓋主成分分析技術獲取監(jiān)測指標，易受監(jiān)測數(shù)據(jù)生命周期變化的影響，導致部分監(jiān)測軌道變更坐標獲取異常。因此，基于遙感和物聯(lián)網(wǎng)技術設計了一種全新的國土利用變更動態(tài)監(jiān)測方法。利用遙感技術采集處理國土利用變更動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術建立了國土利用變更監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，并設計了一種國土利用變更動態(tài)監(jiān)測機制，從而實現(xiàn)了國土利用變更動態(tài)監(jiān)測。實例分析結果表明，所設計方法的監(jiān)測效果較好，能有效獲取變更監(jiān)測數(shù)據(jù)，具有可靠性，有一定的應用價值。

關鍵詞：遙感；物聯(lián)網(wǎng)技術；國土利用；國土變更；動態(tài)監(jiān)測；數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TP309.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）11-00-03

0 引 言

在人口密度飛速增長的背景下[1]，我國的土地資源需求不斷增加，土地資源的保護和管理變得越來越難[2]。研究表明，土地利用受到經(jīng)濟發(fā)展、政策變化、自然災害等多種因素的影響，這些因素的變化使得土地利用變更具有較強的復雜性和不確定性，需要進行動態(tài)監(jiān)測和分析[3-5]，以了解土地利用變化的規(guī)律和趨勢。

目前國土利用變更動態(tài)監(jiān)測中存在幾個顯著問題，如數(shù)據(jù)獲取問題[6]、數(shù)據(jù)處理問題[7]、變更數(shù)據(jù)核對問題。相關研究人員針對目前國土利用變更動態(tài)監(jiān)測問題設計了若干種常規(guī)的方法，但大多數(shù)監(jiān)測方法易受監(jiān)測數(shù)據(jù)生命周期變化的影響，導致監(jiān)測軌道變更坐標獲取異常[8-10]。因此，本文基于遙感和物聯(lián)網(wǎng)技術，設計了一種全新的國土利用變更動態(tài)監(jiān)測方法，以此提高國土利用變更監(jiān)測效果。

1 國土利用變更遙感物聯(lián)網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測方法設計

1.1 基于遙感技術采集處理國土利用變更動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)

先利用衛(wèi)星遙感技術獲得了高分辨率的國土利用變更動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，這些初步采集的數(shù)據(jù)質量參差不齊，為了處理這些數(shù)據(jù)，本文采用DEM模型進行轉換。對轉換后的數(shù)據(jù)再進行二進制轉換，并調整地形與空間分布，然后重新存儲起來。為了提高監(jiān)測圖像質量，對原始遙感圖像進行了相應的處理，具體處理流程如圖1所示。

本研究重點對遙感圖像數(shù)據(jù)進行正射校正處理，以提升監(jiān)測數(shù)據(jù)質量。本次根據(jù)圖像消除和圖像變化要求進行幾何校正，并進行采樣比對和基礎影像的配準。在處理前，設置一定數(shù)量的可靠地面控制點，并將其與衛(wèi)星提供的輔助監(jiān)測物理模型相匹配，以確保像控點均勻分布。然后，根據(jù)數(shù)據(jù)處理要求進行圖像配準，以確保影像之間的一致性。針對遙感采集的多維監(jiān)測數(shù)據(jù)，還進行了空間配準處理，以優(yōu)化數(shù)據(jù)并最大程度地保證數(shù)據(jù)的準確性，同時減少紋理損失。

為增強監(jiān)測的針對性，本文對動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)圖像進行了增強處理。首先，使用ERDAS和Photoshop軟件進行直方圖調整，拉伸線性反差系數(shù)，使得低反差和暗亮度的影像接近正態(tài)分布狀態(tài)，同時降低噪聲和細節(jié)損失。接下來，進行了USM銳化，調整了變換圖像的閾值和半徑條件，確保參數(shù)選擇合理，并進行了平滑處理和色階拉伸。最后，調整色彩平衡和色彩飽和度，并進行融合運算，以顯著提高動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的反差，從而最大限度地提升監(jiān)測效果。

1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術建立國土利用變更動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫

為提高監(jiān)測的實時性，本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術建立了國土利用變更動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。首先，對上述采集處理的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行分析與處理，利用計算機視覺技術進行監(jiān)測。接下來，選取MAPGIS平臺作為開發(fā)平臺，建立了土地利用中心，進行監(jiān)測影像處理與編譯。動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的建庫流程如圖2所示。

由圖2可知，在動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建庫過程中，需要根據(jù)監(jiān)測檢索要求設置分幅圖表，按照圖像的索引關系反饋監(jiān)測信息。接下來，根據(jù)數(shù)據(jù)庫屬性字段關系進行數(shù)據(jù)描述，調整監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中的分類代碼，按照國家相應的標準進行設計。最后，錄入數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，進行邏輯差錯與監(jiān)測數(shù)據(jù)檢查，生成XZJJ/ZJ等文件，從而生成有效的國土利用變更動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。

1.3 生成國土利用變更動態(tài)監(jiān)測機制

國土利用變更動態(tài)遙感監(jiān)測具有一定的數(shù)據(jù)協(xié)同性，可能會受數(shù)據(jù)生命周期變更影響，導致監(jiān)測異常。為解決該問題，本文設計了一種可靠的國土利用變更動態(tài)監(jiān)測機制。首先需要根據(jù)數(shù)據(jù)的自動冗余關系生成變更動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)權限模型。根據(jù)監(jiān)測權限關系選取的隨機數(shù)O如式（1）所示：

（1）

式中：Q代表監(jiān)測權重系數(shù)；W代表平衡因子；M1代表擴充動態(tài)監(jiān)測指標。根據(jù)上述公共監(jiān)測參數(shù)可以確定數(shù)據(jù)權限特征，生成的監(jiān)測初始化權限公式為：

（2）

式中：c代表初始監(jiān)測索引參數(shù)；s代表監(jiān)測節(jié)點數(shù)據(jù)基準參量。由此可以根據(jù)實際檢測存儲結構獲取隨機數(shù)，此時更新的監(jiān)測目標公式為：

（3）

式中：i、j分別代表監(jiān)測擬合斜率；z1、z2分別代表監(jiān)測點坐標；k代表截距。此時可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)點之間的輸出重置關系進行權限解密，解密公式為：

（4）

式中：B、D分別代表監(jiān)測節(jié)點的灰度值；mr、nr分別代表不同的轉換維度。基于此，得到的動態(tài)監(jiān)測機制公式為：

（5）

式中：LM代表模糊度監(jiān)測相關性；W代表模糊度監(jiān)測選項；λW代表監(jiān)測平滑參數(shù)。此時，基于該動態(tài)監(jiān)測機制賦予的監(jiān)測閾值Δφ如式（6）所示：

（6）

式中：nw代表監(jiān)測整定數(shù)值；Δw代表權限參量；k代表固定方差。由此可以通過上述動態(tài)監(jiān)測機制快速判斷監(jiān)測內(nèi)容的協(xié)同關系，實現(xiàn)土地利用變更的動態(tài)監(jiān)測。

2 實例分析

2.1 概況及準備

本文選取X區(qū)域作為研究區(qū)域進行實例分析，實例分析數(shù)據(jù)為SPOT數(shù)據(jù)，并通過HRB SPOT1-4成像儀進行數(shù)據(jù)采集。在實例分析開始前，首先需要調整成像儀參數(shù)，將其焦距設置為1.082 m，視場角度設置為±2 °，觀測高度為60 km。為提高實驗數(shù)據(jù)的真實性，本文使用多個HRG并行操作來執(zhí)行數(shù)據(jù)觀測任務。此時的視場寬度為120 km，利用6.5 μm的像元進行多分辨率處理。除此之外，部分實例分析數(shù)據(jù)存在云霧區(qū)域，對實例分析結果存在一定影響?；诖耍疚倪M行了影響糾正，并重新設置了測控點，其主要根據(jù)農(nóng)田保護與高程矢量數(shù)據(jù)處理原則進行規(guī)劃。待上述步驟完成后，本文基于元數(shù)據(jù)原理構建了動態(tài)監(jiān)測聯(lián)機分析處理中心。該處理中心可以有效存儲多維監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行合理的數(shù)據(jù)度量。聯(lián)機分析處理模型如圖3所示。

由圖3可知，上述多維聯(lián)機分析處理模型可以對不同的監(jiān)測實驗指標進行并行操作，還能夠存儲管理實例分析數(shù)據(jù)。此外，還可完成復雜高效的數(shù)據(jù)查詢操作，剔除無效的分析維度。待上述步驟完成后，即可輸出有效的國土利用變更動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷監(jiān)測方法的實際監(jiān)測效果。

2.2 監(jiān)測結果與討論

在選取的研究區(qū)域內(nèi)，可以進行國土利用變更動態(tài)監(jiān)測實例分析。選取不同類型的數(shù)據(jù)，預設動態(tài)監(jiān)測軌道號，使用高分辨率幾何成像儀（High Resolution Geometric Imaging Instrument， HRG）輔助成像。此時，使用本文設計的基于遙感和物聯(lián)網(wǎng)技術的國土利用變更動態(tài)監(jiān)測方法進行監(jiān)測，從各個監(jiān)測軌道獲取的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。

由表1可知，本文設計的基于遙感和物聯(lián)網(wǎng)技術的國土利用變更動態(tài)監(jiān)測方法在不同的監(jiān)測軌道號下均能監(jiān)測出坐標變更值，表明該方法的監(jiān)測效果較好。

3 結 語

隨著技術的發(fā)展和社會的進步，傳統(tǒng)的靜態(tài)土地利用數(shù)據(jù)采集方式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代社會的需求，因此需要結合國土利用變更監(jiān)測特點，設計有效的動態(tài)監(jiān)測方法。本文基于遙感和物聯(lián)網(wǎng)技術設計了一種全新的國土利用變更動態(tài)監(jiān)測方法。實例分析結果表明，該方法的動態(tài)監(jiān)測效果較好，對優(yōu)化國土資源利用率具有很大作用。

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作者簡介：胡金英（1973—），女，山東濱州人，工程師，研究方向為土地工程國土調查與監(jiān)測。

收稿日期：2023-11-27 修回日期：2023-12-25