淺析內蒙古地區遙感影像解譯樣本采集

□ 吳長俊 劉清田 楊少愚

（黑龍江第二測繪工程院，黑龍江哈爾濱150025）

引言

遙感影像解譯是對地理環境的正確認知，是保證解譯結果正確的基本前提。利用具有對照關系的地面照片和遙感影像為主的解譯樣本數據，可以為遙感影像解譯者建立對相關地域的正確認識提供支持，也可在解譯結果的質量控制方面發揮重要作用,同時也為長期監測積累實地參考資料。

1.地區特點與樣本制作的前期準備

1.1 內蒙古地貌特征

內蒙古自治區疆域遼闊，地跨中國東北、華北、西北地區，東起東經126度29分，西至東經97度10分，北起北緯53度20分，南至北緯37度20分，是我國跨經度最大的省級行政區，東西直線距離為2400多公里，南北跨度為1700多公里。內蒙古的地形以高原為主，地勢平坦，東有大興安嶺，南有陰山、賀蘭山；該區由于降水較少，氣候干燥，上游河流稀少而其流程一般都較短，且多為內流河，僅有黃河上游的下段流經本區，西有弱水；該區氣候屬典型的溫帶大陸性氣候，冬季嚴寒夏季炎熱，年降水在400mm以下且集中在夏季，由于全年降水較少，由東向西減少，氣候干燥，呈現出草原-荒漠草原-荒漠的植被景觀。

1.2 相機的選取以及遙感影像的準備

相機采用35mm等效焦距且應優先選則支持在照片EXIF信息中自動記錄相機姿態參數和相機成像參數信息的照相機，其它屬性信息由人工記錄到手簿上。本次樣本采集選用的照相機型號為：NIKONAW110。

影像應選取經過正射處理、每景有一定重疊的影像且相互間可完全覆蓋此次樣本采集地區。對于衛片，優先選取融合影像，其次選取多光譜影像，如果沒有多光譜影像，則選擇全色影像。由于融合影像所需的存儲數據量過大，所以本次樣本制作采用以多光譜影像為主，將所選影像導入平板電腦中，結合外業巡查系統進行樣本的采集和制作。為保證樣本采集的準確度和工作效率，應提前對樣本采集區域地物的分布情況進行判讀，設計好地面照片拍攝時的大致路線并大致確定拍攝位置，對特殊地物進行有針對性的樣本拍攝。

2.遙感影像樣本數據概述

2.1 解譯樣本數據內容

遙感解譯樣本數據包含兩類，一是地面照片，二是遙感影像實例數據。兩類數據分別從不同的側面反映地物影像形態特征，起到相互印證的作用。采集的地面照片需充分保證樣本的典型性，每一個樣本都應能夠代表所屬的該類覆蓋類型，反映該類型的總體特征，或者突出反映該類型某一方面的特征。對于一般地區普遍采用一對一關系（一張地面照片只對應一幅遙感影像實例）和一對多關系（一張地面照片對應多張不同類型或時相的遙感影像實例）；而針對一些地物復雜的地區難以用一張照片全面反映其特征，可采用多對一關系或多對多關系。在擁有多種遙感影像時，應盡量采用一對多關系或多對多關系進行樣本的制作，從而獲取地物對應影像中的更多紋理特征信息以指導地表覆蓋監督分類。同種地物在不同影像類型、不同分辨率、不同時相下所反映出的紋理特征均有所不同。

不同類型：針對不同類型影像下的同種地物，紋理略有所不同。如圖1所示，左為WorldView2多光譜影像，右為ZY3多光譜影像。

不同時相：由于季節不同所產生的一些非人為的地物變化（如植被、時令湖泊等）從而出現遙感影像地物紋理的不同。如圖2所示，左影像時相為2011年7月，右影像時相為2012年4月。

不同分辨率：遙感影像實例數據制作時應優先使用分辨率較高的多光譜影像，如該區域沒有多光譜影像則采用高分辨率的全色影像。

2.2 拍攝地面照片時應注意的事項

需在衛星信號穩定后開始拍照，拍照前打開電子羅盤，拍攝時應盡可能水平持握相機，使其保持正常姿態。特殊情況下相機的俯仰角或橫滾角大于10度以上時需記錄其值。拍攝主體要突出且主體部分不應有冗余物體出現：如工作人員及車輛、拍攝者的人影、手指等。相機中的自帶功能信息不能出現在照片中。地面照片盡可能使用精細模式保存，總像素應在200萬像素以上。樣本拍攝時應盡可能保證拍攝地點與所拍攝目標距離不超過200米，對于山地等一些難以到達的地區，只能通過遠距離拍攝，如果距離超過200米時需進行記錄。拍攝完成后需及

時查看照片質量，如出現照片模糊、逆光較為嚴重、拍攝時未水平持握相機等現象，需根據實地情況調整拍攝角度、位置重新拍照。

圖1 不同類型影像下的高覆蓋度草地Fig.1 High coverage grassland in different types of images

圖2 WorldView2多光譜影像在不同季節下拍攝的高覆蓋度草地Fig.2 High coverage grassland in WorldView2 images in different seasons

2.3 遙感解譯樣本庫的制作流程

針對此次內蒙古測區的遙感解譯樣本庫的制作，主要是利用由黑龍江地理信息局第二測繪工程院自主研發的國情檢測數字調繪核查系統軟件通過人工交互式操作完成的。

遙感解譯樣本的制作通過實地拍攝的照片進行遙感影像裁切，裁切為長寬511×511像素大小的高分辨率遙感影像。對于遠距離拍攝的地面照片，如果無法將拍攝點和拍攝的主體地物同時置于511×511像素大小的遙感影像范圍內，可以將裁切范圍擴展至1023×1023。拍攝點位置標繪和地面照片視野范圍標繪可根據實際需要進行，不做強制要求。

通過國情檢測數字調繪核查系統軟件中的創建樣本庫功能將每天拍攝的照片根據照片信息中自帶的經緯度坐標等信息自動生成樣本庫，不同投影帶下的照片應分別存放，分別設置投影坐標系建庫，并在樣本庫中錄入樣本的覆蓋類型并進行描述。發現問題時及時返回實地進行核實或補拍照片，最后需要將每天生成的樣本庫合并成為一個總庫。不同投影帶的樣本庫進行合庫前需仔細核對裁切影像的XML投影文件是否正確以及進行樣本庫備份。

3.解譯樣本采集的分析及技巧

3.1 針對內蒙古特點進行解譯樣本制作分析

內蒙古阿拉善盟內存在部分灌木與草地混合共生的情況，稀疏灌叢和草地難以區分，這種樣本算做草地即可，如果是人工種植用于防風固沙作用的，則歸為固沙灌草。此種灌草在沙漠化較為嚴重的地區比較普遍，且與自然生長的灌木林難以區分。固沙灌草一般成排種植在山坡上，每排之間會有一定的間距，從影像上看到的紋理應是較為整齊規則的,如圖3（a）所示。有些區域存在許多干涸床及沖溝，其內部地物覆蓋分類較為復雜：灌木分布生長情況多樣化、沙質地表與礫石地表分界在影像中難以區分。此時需要刻意針對這些地物多采集一些樣本，在可到達區域內沙質地表與礫石地表分界處分別拍攝樣本以做參照對比，從而更加容易準確的推出那些不可到達地區的地表覆蓋情況。對于沙漠中心區域的地物也需要拍攝一定的樣本，其中沙漠內的湖泊是十分具有典型性的，但大多都難以到達，這時應選則從沙漠景區入口處雇傭專業的司機及車輛進入沙漠，如巴丹吉林沙漠風景區。通過遙感影像擬定好大致路線，對沙漠內部的植被、湖泊等地物進行樣本的采集制作，如圖3（b）所示。

內蒙古河套地區，灌區每到秋季莊家收割完后，要往旱地內灌水養墑，準備春天種地，這時候拍攝耕地的樣本反映的是水田或者坑塘較多，此時應選取拍攝時間較為接近的遙感影像來制作樣本，保證地面照片與遙感影像實例的一致性；對于在耕地中種植苗圃、其它園地、果園等在影像中極難區分的情況，應仔細辨認確保無誤的情況下才可用作解譯樣本。樣本的采集最好選在植物的生長季（4-9月），可較好的反映出植被的真實分布情況。

圖3 地面照片和遙感影像對應關系圖Fig.3 Correspondence between ground photos and remote sensing images

3.2 總結

遙感解譯樣本數據可以指導自動分類和人工解譯，根據圖像特征來識別它們所代表的地物。地面照片可以有計劃拍攝，也可是無計劃拍攝，兩種方式應有機結合。樣本采集人員需要有較強的無計劃拍攝意識，碰到典型類型，應及時拍攝采樣。做到對所有要求識別的地表覆蓋類型開展樣本采集，保證每種類型的數量達到數據規定中的要求，對于難以到達的特殊困難地區，每種覆蓋類型采樣點數量一般不少于3個，對于圖斑數很少（100個以下）且圖斑總面積很小的覆蓋類型，若具有典型性也必須至少采集1個樣點。重點針對影像中不易識別或容易產生異議的圖斑進行現場核實并拍攝樣本。如季相差別較大，需確保通過照片反應出的地物或覆蓋狀態與影像上判別出的一致，否則不應作為樣本保留，照片如果依據樣本使人誤解的地表覆蓋是不合適作為解譯樣本的。樣本的采集制作應優先選取分辨率高、時相接近植物生長季、現勢性新且無云雪覆蓋的影像。

4.樣本質量的控制

為確保樣本點數據的質量，拍攝點位置定位精度應控制在15米以內，照片方位角的精度應在5度以內。由于有些地方存在信號干擾以及地物遮擋等外在因素導致定位點不準，以及對植被、園地等地物的判別不準導致拍攝照片與地物描述不一致的情況，可能會對后期的人工解譯帶來誤導，因此這樣的樣本需要從樣本庫中修改或刪除，因此樣本點采集以后的編輯整理和質量檢查顯得尤為重要。對樣本庫的檢查主要有3個方面：

1）檢查地面照片中所拍攝的主體地物與樣本描述是否一致：

照片主體要清晰，突出地物、植被等覆蓋類型的局部或總體特征，可準確分析判斷出覆蓋類型到三級類。樣點所在位置要描述清楚、合理，道路兩側的樣本要準確描述出所在道路的編碼等級。

2）檢查照片信息中的經緯度坐標、方位角是否正確：

通過照片中反映出的地物信息、相對關系、拍照時的焦距，核對照片的位置是否正確；對于地物稀少通過照片不易判斷位置的樣本，可通過照片中地物的影子根據所拍攝的時間大致推算出照片的拍攝方向，再通過樣本采集人員的配合來判別方位角的準確性。

3）對樣本庫的庫體進行檢查：

檢查文件格式與命名是否正確，遙感影像實例屬性信息是否符合采集要求，遙感影像解譯樣本數據庫結構是否符合數據規定的標準。核對樣本庫中的照片、裁切后的遙感影像名稱是否正確，個數是否與Access數據庫文件中相一致。

5.結束語

此次遙感影像解譯樣本的采集只針對內蒙古地區所采用的做法，是嚴格依照《遙感影像解譯樣本數據技術規定》執行的。其中對一些特殊地物的樣本分析、注意事項以及質量控制方面的做法，希望能夠給予其他地區所承擔地理國情普查的人員提供參考與幫助。

【1】國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室.GDPJ 06-2013遙感影像解譯樣本數據技術規定[G].北京:國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室，2013.

【2】國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室.GDPJ 01-2013地理國情普查內容與指標[G].北京:國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室，2013.

【3】國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室.GDPJ 05-2013數字正射影像生產技術規定[G].北京:國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室，2013.

【4】聞靜.傳統遙感影像的分類[J].測繪與空間地理信息，2012，35（10）：118-120.