利用GF-6影像结合国土“...展西部地区县域自然资源调查_闫涵.pdf
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1、第 卷,第 期自 然 资 源 遥 感,年 月 ,:引用格式:闫涵,张毅 利用 影像结合国土“三调”开展西部地区县域自然资源调查 自然资源遥感,():(,():)利用 影像结合国土“三调”开展西部地区县域自然资源调查闫 涵,张 毅(武汉大学测绘学院,武汉)摘要:自然资源的调查和变化监测能够为资源分类施策、保护和合理利用提供重要保证,对构建国土空间规划体系、资源管理体制改革、空间治理能力现代化以及国家的生态文明建设等工作具有重大意义。我国西部地区面积广阔,土地基础数据薄弱,地类变化检测可靠性差,因此通过较低的成本投入,高效地为大范围地区提供精准的调查成果已成为当前的迫切需求。为此,利用国产高分六号
2、()影像,结合第三次全国国土调查(以下简称“三调”)成果,在四川省叙永县开展西部快速发展地区村镇土地智能调查技术应用示范。通过全色与多光谱影像融合技术获得高空间分辨率与高光谱分辨率的遥感影像;利用融合后的遥感数据对叙永县进行土地资源基础调查;采用面向对象的影像分类方法、参照已有的土地“三调”成果,对遥感影像进行监督分类,并自动提取土地变化区域,形成西部快速发展地区土地高效调查新模式。调查结果可为我国西部特色产业的快速发展提供强有力的土地基础信息支撑,具有一定的推广应用价值。关键词:高分六号;自然资源调查;监督分类;变化检测中图法分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:;修订日期:基金项目:
3、国家重点研发计划项目“西部快速发展地区村镇土地智能调查模式构建与应用示范”(编号:)资助。第一作者:闫 涵(),女,硕士研究生,主要研究方向为点云目标识别。:。通信作者:张 毅(),男,副教授,主要从事摄影测量与遥感的教学科研工作。:。引言自然资源是社会经济发展的重要物质载体,通过对自然资源调查监测,掌握自然资源的总量、分布、类别和动态变化,对于国家制定经济社会发展重大战略规划具有重要作用。高分遥感技术是当前快速、及时、准确地发现土地利用变化情况的重要手段之一,具有很强的应用优势,技术水平不断提高,为自然资源调查工作提供了良好的技术基础。我国西部地区面积广阔,土地基础数据薄弱,地类变化检测可靠
4、性差,因此通过较低的成本投入,为大范围地区提供精准的调查成果已成为当前的迫切需求。由于西部地区多山地丘陵,地形地貌复杂,传统测绘手段受到极大的限制,且不适用于范围较大的区域。高分遥感数据被广泛应用在自然资源调查中,可大大提高自然资源动态检测的效率与准确度。高分六号()是一颗低轨光学遥感卫星,携载 (全色)(多光谱)高分辨率相机、(多光谱)中分辨率宽幅相机。(全色)(多光谱)相机观测幅宽 ,多光谱相机观测幅宽 ,具有高分辨率、宽覆盖、高质量成像、高效能成像、国产化率高等特点。相较于利用高分二号()影像进行自然资源调查,影像数据成本较低、有效覆盖面积更大等优势,更适用于西部地区的自然资源调查工作。
5、本文采用 遥感影像(包含全色与多光谱影像),通过全色与多光谱图像融合技术获得高空间分辨率与高光谱分辨率的影像;利用融合后的遥感数据对西部快速发展地区的村镇叙永县进行土地资源基础调查;采用面向对象的影像分类方法,参照已有的第三次全国国土调查(以下简称“三调”)成果,对遥感影像进行监督分类,并自动提取土地变化区域;旨在形成西部快速发展地区土地高效调查新模式,为我国西部特色产业的快速发展提供强有力的土地基础信息支撑。自 然 资 源 遥 感 年 研究区概况与数据源 研究区概况研究区为四川省泸州市叙永县,位于四川盆地和云贵高原过渡地带的中低山区,地跨 ,之间。属亚热带湿润季风气候区,四季分明,降水充沛,
6、日照偏少。东面与四川省泸州市古蔺县、南面与贵州省毕节市、西面与四川省宜宾市兴文县、北面与四川泸州市纳溪区等地毗邻;东北面与四川省泸州市合江县、贵州赤水市相接,西南面与云南省镇雄县等地接连。辖区东西宽 ,南北长 ,总面积 。叙永县境内自然资源丰富。根据全县森林覆盖率为 。境内植物种类繁多,已初步证实的高等植物 多种,其中有的为国家一、二级保护品种;国家和省确认的野生保护动物有 多种。叙永县东南、西南、南部及境缘山区、岩区,历来森林茂密,野生动物种类多。截至 年,叙永县水资源总量即径流水量 万,其中浅层地下流动水量 万。叙永县矿产资源非常丰富,主要有无烟煤、硫铁矿、石灰岩等 种,已查明有一定资源量
7、的 种,硫铁矿、无烟煤、石灰岩、石英砂属资源丰富的优势矿种,其中硫铁矿的资源 储量在全省各县中占第一位。叙永县于 年 月起全面开展了“三调”工作,统一应用优于 分辨率的卫星遥感影像制作调查底图,广泛应用云计算、无人机等新技术,创新运用“互联网 调查”机制,全流程严格实行质量管控,历时 ,余名调查人员先后参与,汇集 万余个调查图斑数据,全面查清了全县国土利用状况。全县主要地类如下:耕地 万亩,林地 万亩,园地 万亩,草地 万亩,湿地 万亩,城镇村及工矿用地 万亩,交通运输用地 万亩,水域用地 万亩。叙永县境内为中山、低山地貌,面积广阔,山区地形的多样性与地势的起伏造成测绘工作开展困难;受天气因素
8、影响,叙永县的日照时间偏少,易积聚云雾,容易使遥感影像丢失细节信息,影响影像的有效解译。因此要高效地在叙永县进行自然资源调查的难度较大。唐大珍等曾对泸州市开展土地变更调查,基于 年泸州市土地利用变更调查资料,分别对全市土地利用的数量变化、程度变化、结构变化以及区域差异进行分析。由于分析数据主要来自泸州市土地利用变更调查及相关部门提供的调查资料,数据形式较为单一,调查过程不够智能化,调查结果表现形式不够直观。唐侨等以成都市为例,开展了基于 技术的土地利用信息动态变更调查的方法在实际工作中的应用研究,提出以第二次全国土地调查的成果为基础,从土地管理业务内部及时发现变化,以发现驱动土地利用信息日常性
9、持续动态变更的新思路。这种方法有效补充了精度低、变更不及时的基于遥感图斑的调查方法,对本文的研究具有一定的指导意义。数据源调查用数据为叙永县的 遥感影像和“三调”成果。其中,影像包含 年 月 日与 年 月 日获取的 期数据(图)。由于叙永县需要 景遥感影像才能完全覆盖,所以每期数据都包含 景 分辨率的全色影像与 景 分辨率的多光谱影像,共 景影像。()年(多光谱)()年(多光谱)图 叙永县 影像 “三调”成果地类图斑共有 个类,图斑总数 个。无论是在图斑数量还是图斑面积上,农村宅基地、旱地、林地、水田、农村道路、果园等均为主要图斑类型。研究方法本文通过对 原始影像进行辐射校正、正射校正等预处理
10、后,利用图像融合方法得到的 分辨率的融合多光谱影像作为实验数据,对融合影 亩 。第 期闫 涵,等:利用 影像结合国土“三调”开展西部地区县域自然资源调查像进行监督分类与变化检测。总体技术路线如图 所示。图 调查技术流程图 数据预处理遥感影像的预处理过程包括辐射定标、大气校正、正射校正、影像融合和镶嵌裁剪。首先对多光谱影像进行绝对辐射定标,将数据转换为辐射亮度值,并使用 模型对多光谱影像进行大气校正。对于全色影像,不需要进行大气校正,所以辐射定标直接把数据转换为大气表观反射率,并扩大 倍,以便与大气校正后的多光谱影像的量纲保持一致。对 种影像都进行正射校正,由于 具有有理多项式系数(,)信息,所
11、以利用有理函数模型是最佳选择。然后采用最近邻扩散(,)融合法,将 的多光谱影像和全色影像进行融合,获得具有高空间分辨率与高光谱分辨率的 融合影像。最后进行影像镶嵌与裁剪,镶嵌过程中 景影像的匀色处理采用直方图匹配方法,将相邻多景影像拼接。利用行政区划边界的矢量文件进行不规则的影像裁剪。遥感影像监督分类监督分类是根据已知的样本类别和类别的先验知识,确定判别函数和相应的判别准则。其中利用一定数量的已知类别的样本的观测值求解待定参数的过程称之为学习或训练,然后将未知类别的样本的观测值代入判别函数,再根据判别准则对该样本的所属类别做出判定。监督分类采用最小距离法,即利用训练样本数据计算出每个类别的均值
12、,计算影像中像元到各个类别均值的距离,判定距离最小的类别为该像元的类别。基于最小距离的分类算法简单,耗时较少,适用于快速高效分类。面向对象的影像分类技术的监督分类流程具体如图 所示。首先,由于融合后的单景 影像不足以覆盖叙永县的全部范围,为此需首先进行影像镶嵌工作,对相邻多景 影像进行拼接,接着进行影像裁剪,裁剪掉除研究区域以外影像部分;然后,采用多尺度分割方法对影像进行分割,从二维的影像信息阵列中恢复出影像所反映的景观场景中目标地物的空间形状及组合方式;再进行样本与训练样区的选择,构建包含对象的固有特征、拓扑特征与上下文特征的特征空间;最后,对类别进行可行性分析,执行监督分类并进行统计分析。
13、图 遥感影像监督分类流程 自 然 资 源 遥 感 年 变化检测自然资源要素信息变化自动提取的难点在于场景范围广、目标特征复杂多变、尺度多样化、变化目标小、数据稀疏、云雪覆盖、季节影响导致变化干扰多等因素影响,单纯利用影像分类方法很难获得理想的提取结果。目前通过“三调”等工程已经可以获得准确的自然资源分布图斑,鉴于在较短时间内只有较少的要素类别发生变化,自然资源调查中只需要对少数变化要素进行类别确定。另一方面,已有“三调”图斑还可为遥感影像分类提供较准确的分割边界并提供大量分类样本,有利用提高变化要素的分类精度。因此,充分利用“三调”数据中的先验知识,可以提高自然资源调查监测的自动化程度和准确性
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