基于光學(xué)衛(wèi)星影像的填海區(qū)變化檢測研究

摘?要：近年來，隨著沿海城市經(jīng)濟發(fā)展迅速，城市人口不斷增長，常常面臨土地資源緊缺的問題，為此，許多沿海地區(qū)通過填海造地來擴展土地資源，從而促進(jìn)社會經(jīng)濟更好的發(fā)展。本文結(jié)合位于沿海的漳州填海區(qū)，提出了應(yīng)用多時相的多源遙感影像自動配準(zhǔn)的方法進(jìn)行填海區(qū)的變化檢測。

關(guān)鍵詞：光學(xué)遙感影像;填海造地;變化檢測

由于影像配準(zhǔn)在變化檢測中的重要性，該研究課題在遙感領(lǐng)域非常活躍，目前為止，許多遙感圖像的自動配準(zhǔn)方法的新方法新技術(shù)不斷被研究出來[29]。當(dāng)前影像配準(zhǔn)的方法主要有三種：基于灰度信息的影像配準(zhǔn)，基于特征的影像配準(zhǔn)，以及基于變換域的影像配準(zhǔn)[10]。本文提出應(yīng)用多時相的多源遙感影像自動配準(zhǔn)的方法進(jìn)行填海區(qū)的變化檢測研究意義重大。

1?理論和方法

在衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用中，高精度的地理定位和多源遙感數(shù)據(jù)聯(lián)合觀測已成為攝影測量和遙感領(lǐng)域的核心問題。在應(yīng)用多源遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行變化檢測時，必須對遙感圖像進(jìn)行配準(zhǔn)。自動多源圖像匹配（Automatic?multisource?image?matching，AMSIM）技術(shù)在攝影測量和遙感中得到了廣泛的研究與應(yīng)用[4，1114]。與人工測量控制點相比，圖像匹配可以有效地減少工作量，適合于海量數(shù)據(jù)的處理。本研究中采用AMSIM實現(xiàn)了多時相多源遙感數(shù)據(jù)的精確配準(zhǔn)，利用配準(zhǔn)后的遙感影像數(shù)據(jù)對填海區(qū)進(jìn)行變化檢測。

根據(jù)多源衛(wèi)星影像的自動匹配（AMSIM）方法，首先根據(jù)有理多項式系數(shù)（Rational?Polynomial?Coefficients，RPCs）模型得到圖像空間中的對應(yīng)點對。基于這些圖像點對，計算出圖像之間的旋轉(zhuǎn)和尺度方差。然后基于所獲得的旋轉(zhuǎn)和尺度方差，對待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行重新采樣。通過用基準(zhǔn)正射影像阻斷全相位相關(guān)（the?overall?phase?correlation，OPC）來處理重采樣圖像，采用歸一化互相關(guān)（Normalized?crosscorrelation，NCC）和最小二乘匹配（eastsquares?matching，LSM）方法對重采樣的圖像和基準(zhǔn)圖像進(jìn)行圖像匹配。

2?數(shù)據(jù)來源與處理

2.1?研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)源

本文研究選擇了位于中國福建省東南部沿海地帶的漳州填海區(qū)，研究區(qū)域主要分為兩個填海地塊，地塊1和地塊2。根據(jù)獲得的多時相光學(xué)遙感數(shù)據(jù)分別進(jìn)行填海區(qū)面積的變化檢測。本研究采用的光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)源于多個傳感器，包括SPOT5、QB2、GE1，分辨率分別為2.5m、1m、0.5m。時間序列為從2003年到2014年。

2.2?數(shù)據(jù)預(yù)處理

根據(jù)多源衛(wèi)星影像的自動匹配原理，對所獲取的兩個填海地塊的多源多時相不同分辨率的光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)處理，處理結(jié)果如下：

2.3?變化檢測

變化檢測的方法有很多，而本研究主要是根據(jù)多時相光學(xué)遙感影像通過目視解譯和人工手動勾畫的方法檢測填海區(qū)的面積變化并進(jìn)行統(tǒng)計和分析。根據(jù)地塊分布特征，為了便于人工勾畫，本文主要通過描繪地塊區(qū)域內(nèi)不同年份海區(qū)的面積并進(jìn)行統(tǒng)計，以分析該地塊內(nèi)填海區(qū)面積的變化。

2.3.1?地塊一處理結(jié)果

地塊一的區(qū)域總面積約為1543528.30m2。根據(jù)對區(qū)域內(nèi)海洋面積的勾畫，統(tǒng)計了該區(qū)域內(nèi)的2003—2014年間的填海區(qū)的面積變化情況。

通過檢測結(jié)果來看，可以發(fā)現(xiàn)從2003年到2014年間，填海面積總體呈現(xiàn)增長趨勢，從2003年1月30日到2013年9月6日增長速率較快，尤其是在2012年的8月8日到2013年的9月6日，呈現(xiàn)出垂直增長趨勢，而在2013年9月6日以后增長速率趨于平穩(wěn)。直到2014年9月份以后，地塊一區(qū)域內(nèi)的土地面積占據(jù)了該區(qū)域總面積的80%以上。

2.3.2?地塊二處理結(jié)果

地塊二的區(qū)域總面積約為2040309.91平方米。根據(jù)對區(qū)域內(nèi)海洋面積的勾畫，統(tǒng)計了該區(qū)域內(nèi)的2005至2014年間的填海區(qū)的面積變化情況。

通過檢測結(jié)果來看，可以發(fā)現(xiàn)，從2005年到2010年的11月20日，地塊二區(qū)域內(nèi)的總體填海面積總體呈現(xiàn)增長的趨勢，2010年的11月20以后，區(qū)塊二內(nèi)的海洋已經(jīng)被完全填充為陸地，區(qū)塊二區(qū)域內(nèi)面積不再發(fā)生變化。

3?結(jié)論

本文應(yīng)用多時相的多源遙感影像自動配準(zhǔn)的方法對漳州填海區(qū)進(jìn)行填海區(qū)的變化檢測。研究取得如下結(jié)論：

（1）通過應(yīng)用多時相的多源遙感影像自動配準(zhǔn)的方法對所獲取的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行了自動配準(zhǔn)，以實現(xiàn)基于光學(xué)遙感影像的填海區(qū)域的變化檢測。

（2）通過目視解譯和人工手動勾畫的檢測方法，對填海區(qū)的面積變化進(jìn)行了統(tǒng)計和分析。就研究區(qū)域來說，2003年開始填海力度較大，填海區(qū)的土地面積不斷增長，當(dāng)最后研究區(qū)域的面積土地填充率超過80%，土地面積增長速度趨于平緩。證實了利用光學(xué)衛(wèi)星影像進(jìn)行填海區(qū)變化檢測研究的可行性。

（3）本研究的不足之處在于雖然對多時相的多源遙感光學(xué)影像實現(xiàn)了自動配準(zhǔn)，并基于配準(zhǔn)后的影像進(jìn)行了填海區(qū)的變化檢測，但是變化檢測采用的方法還是人工的目視解譯方法，進(jìn)一步提高變化檢測的全自動化將是下一步的研究重點。

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[4]張繼賢，李國勝，曾鈺.多源遙感影像高精度自動配準(zhǔn)的方法研究.遙感學(xué)報，2005（01）：7377.

作者簡介：徐彬（1975—?），男，漢族，湖南長沙人，本科，工程師，研究方向：填海造地處理、市政工程。