利用高分辨率衛星影像進行土地利用變更調查

鄭　巍

[摘 要]隨著遙感影像分辨率的不斷提高,高分辨率遙感影像在土地工作中的利用將日益廣泛。本文結合實際工作中利用Quik Bird影像進行大比例尺土地利用變更調查的試驗,總結了高分辨率遙感影像進行土地利用變更調查的方法及試驗的精度分析,并提出目前利用高分辨率遙感影像存在的困難,為今后的使用者提供借鑒。

[關鍵詞]遙感;監測;;圖斑;像元;土地利用變更調查;RTK

一、概述

運用遙感技術進行土地利用現狀調查,以摸清土地數量及分布情況,是遙感應用中最早、研究最多的一項基礎性工作。

在這一方面,無論利用航像片,還是衛星像片,無論在目視判讀還是數字圖像處理,均積累了許多經驗。但是如何利用高分辨率遙感數據進行大比例尺的土地利用現狀調查還有待進一步研究。

二、工作方法

土地利用現狀變更調查主要需解決兩個問題:一是找出變化的區域,即監測;二是對變化的區域按一定精度量測上圖。

土地利用遙感監測是基于同一區域不同年份的同一時相影像間存在著光譜特征差異的原理,來識別土地利用狀態變化的工作。常用的土地利用遙感監測方法基本上可以分兩種:即逐個像元比較法和分類后比較法。

結合工作的具體情況,本次采用了逐個像元比較法進行作業,即利用精糾正后的Quik Bird衛星影像與前一年度的航攝影像進行比較找出變化的區域,再對變化區域進行分類辨別。

1.變化圖斑、地物的判讀。采用逐個像元比較法,即對不同時相的影像作相應的處理后,采用光譜特征變異法。當兩個不同源數據存在較大的時相差時,受實際土地利用變化的影響,不同時相的影像在相同位置處將對應不同的地面目標,導致光譜特征不一致,從而檢測出變化信息。

對于變化區域地類的識別我們采用了目視解譯法。將校正后按1/2000比例尺大小進行分幅的影像與已有的土地利用現狀圖在計算機上套合,套合精度應在0.5個像元內,套合后將地形要素和土地利用要素完整準確的表示齊全。作業時逐幅判讀,并將不同地類用不同顏色來填充并填寫變化圖斑、線狀地物手簿。

2.變化圖斑界、地物的提取。將糾正后按1/2000大小進行分幅的影像與1/1000的地形圖套合,圖形矢量層與影像套合的精度應在0.5個像元內。對利用人工目視判斷法查找出的變化區域進行地物的線劃提取,并按1/1000地形圖要求進行標繪。影像不清楚的做標記,以便外業調繪重點修測。

3.外業調繪和精度檢驗。由于內業對于很多地類無法區分(如菜地和旱地等不容易區分),所以外業需進行補充性的調繪。

外業凋繪利用GPS(RTK)和全站儀相結合,對變化區域的地物和地類進行實地核實和測量,將測量結果與利用影像提取的線劃成果進行比較,檢測出利用遙感影像提取線劃的各點誤差及變更地類圖斑面積誤差。

三、精度及成果分析

1.測點與精糾正后影像點坐標的比較。將外業用RTK實測的明顯地物點坐標與糾正后的射影像圖上的提取坐標進行了比較:最大點位誤差為0.917米、最小點位誤差位0.02米,點位中誤差位0.46米。原有1/1000地形圖上的地物點坐標與影像圖上的坐標比較后發現,最大點位誤差為0.97米、最小點位誤差位0.17米,點位中誤差位0.52米。根據圖上地物點點位中誤差不得大于圖上的0.5mm的要求,可見在糾正后的正射影像圖上的平坦地區可以采集明顯影像的坐標更新1/1000地形圖。

2.實地丈量邊長與精糾正后影像上相應得邊長比較。在外業,我們結合影像選取200條明顯的地物進行實地丈量,丈量的成果與內業在影像圖中采集的邊長進行比較,最大誤差為0.65米,最小誤差為0.01米,相對中誤差為0.17米。根據圖上地物點間距中誤差不得大于圖上0.4mm;重要建筑物及權屬界址點、相關的地物其間距誤差不得大于圖上的0.8mm。可見,對于1/1000地形圖在精糾正的影像圖中采集影像明顯的地物完全可以滿足成圖的需要。

3.地類面積的比較。在測區內我們選取了63塊,按1/500地形圖要求進行實測作為面積比較的地塊,這些地塊在影像中均是清晰的,比較后得出,最大相對誤差為18.98%,最小相對誤差為0.05%,相對誤差的中誤差為4.7%,可見影像明顯的地類邊界可以用糾正后的遙感影像勾劃出的地類邊界來代替實測地類邊界。

4.地類判讀。內業判讀發生變化的地類范圍為1 024塊,實地調查后發生變化的地類范圍為1 220塊,內業判讀準確率位83.93%。

可見,如果能及時的獲取高分辨率的衛星遙感影像,經精糾正后用于土地利用現狀調查,可以使大量的外業工作由室內來完成,大大減少了外業的工作量,且對外業工作有了具體的指導作用,避免外業工作的盲目性,對整個工作能起到事半功倍的效果。

四、存在的困難

目前高分辨率的衛星遙感影像的應用還存在一些問題。

1.獲取數據相對困難。由于目前高分辨率衛星遙感影像為可見光遙感,受制于氣候條件的影響,獲取一幅質量清晰的遙感影像往往周期相對較長,不能完全滿足生產的需求。

2.預處理相對困難。數據融合的基礎是不同片種之間的幾何精糾正和正射處理,而相應的高分辨率影像并沒有相對成熟的正射校正模型來完成這一處理。在城市中影像的陰影過多,非正射現象明顯,但沒有成熟的方法去除陰影和進行正射糾正,使其應用受到限制。

3.對于山區部分的影像,使用現有的模型糾正的精度還不是很理想。從而也限制了它的使用。

4.高分辨率影像處理軟硬件設備要求更高。高分辨率影像的發展使其數據量非常龐大,對其進行管理、處理、提取需更先進的處理設備、數據管理軟件和信息提取工具。

5.遙感影像的處理和地類的判讀對作業員的要求較高,不是所有人都能夠達到獨立作業的要求。不同作業員對同一地區的判斷可能會有不同的結果,作業人員需掌握遙感數據處理、影像的判讀、土地分類等方面的知識。□

(編輯/劉佳)