基礎地理國情監測中遙感影像使用技巧分析

陳俊霖　陳培恩

摘要：如今遙感技術發展迅速，影像數據量愈發龐大，遙感影像已成為基礎地理國情監測的一項關鍵內容。然而遙感影像的使用技巧是否合理對基礎地理國情監測是否準確有直接影響，且對后期統計也有決定性作用。坐標轉換等傳統處理方法輸出中間結果次數繁多、用時較長、資源占用量較大，導致數據冗余問題嚴重，無法滿足基礎地理國情監測的使用需求。按照不同分區類型，基于對遙感影像相關影響因素的考慮，對遙感影像使用技巧進行分析，并總結出正確使用的參照表，為基礎地理國情監測合理選用遙感影像提供依據。

關鍵詞：基礎地理國情監測；遙感影像；使用技巧

一、前言

基礎地理國情監測作為測繪工作的全新發展方向，對測繪工作提出了更高的要求。基礎國情地理監測主要指對國情要素的空間分布特點以及變化態勢的全面、動態、持續性監測，是一種用于研究地理國情監測的技術手段，通過構建完善可靠的地理國情監測數據庫，實現信息共享，為相關部門提供可靠、準確的信息依據。目前其所獲取的成果已得到諸多領域的應用，發揮重要的作用，如城市規劃、環保治理、生態文明建設等。唯有確保監測數據準確方可提高后期統計分析水平，也是監測成果共享和有效運用的重要基礎。遙感影像是監測工作的主要參考指標，能夠為數據成果提供技術支持，也是監測數據的主要內容。遙感影像的使用技巧決定了地表覆蓋分類成果數據是否準確，使用技巧不當極易導致分類不正確、漏更新等問題，進而影響后期統計分析工作[1]。近年來，我國對地理國情監測成果的分類準確性提出了更高的要求，且適當增加了分類精度的權重，如果遙感影像使用不當必然會嚴重影響分類精度的準確性。基于此，以2019年基礎地理國情監測情況為基礎，進一步分析遙感影像的使用技巧，以保證監測效果。

二、地理國情監測中遙感影像應用現狀及難點分析

地理國情監測主要指綜合利用全球導航衛星系統、航空航天遙感系統及地理信息技術等現代化、先進測繪技術，結合不同時期的檔案，對地形、水域、道路、城鎮等要素進行動態和定量化、空間化監測，及時了解其變化情況、分布特征、地域差異等特點，生成能夠充分反映各類資源、環境、生態等要素的空間分布及發展變化規律的數據信息、地圖圖形及報告等，在地理空間層面客觀、全面展示國情國力。新時代，地理國情監測是社會經濟發展對測繪工作的新要求，是測繪部門的重要職責和戰略任務。遙感影像在基礎地理國情監測中占據重要地位，合理選擇和使用遙感影像是保證監測成果準確可靠的重要基礎，所以對遙感影像合理選擇與運用具有重要意義。在實際工作階段，遙感影像的選擇極易受其他因素的影響，如影像源、應用原則等，相關工作人員應加以重視。

（一）遙感影像源的應用現狀

傳統模式下，區分影像的方法主要通過中等或低等分辨率的影像設計，主要原因在于影像中低空間分辨率本身是一種單一像元表現出的混合地物。但是低空間分辨率下，遙感影像中光譜的分辨率通常較高，而高分辨率的遙感影像的光譜特征卻不豐富，應采取由上至下的處理方法。高分辨率的遙感影像可通過建模分割影像得到光譜信息外的信息，如形狀特征、空間特點、相互層次關系等，效果確切。遙感影像源繁多，根據傳感器類型的差異性，對基礎地理國情監測中采用的遙感影像類型進行劃分，具體包括國產遙感影像和國內外商業衛星遙感影像等，類型豐富。同時遙感影像具有豐富的獲取途徑，例如由監測部門統一發放的影像資料，各界監測單位協同收集的影像信息等。除此之外，遙感影像具有廣泛的獲取時相范圍，包括全年多個季度、各種類型的遙感影像。最后，遙感影像的分辨率十分豐富，比如北京二號衛星全色遙感影像的分辨率為0.8m，高分一號衛星遙感影像的分辨率為2m[2]。我國一些地區的遙感影像易受到外界氣候環境因素的影響，例如受到多云、雨雪等天氣的影響，導致其難以正常使用，仍有待優化和改進。

（二）遙感影像信息獲取

目前地理國情監測最為重要的數據源便是遙感影像。近年來我國航空航天技術發展迅速，獲取某一地區的多時相、多分辨率影像十分容易，且在軌運行的陸地觀測衛星數量明顯增加，分辨率明顯提高。遙感影像信息獲取主要指通過大量、可利用的遙感影像數據中提取出有價值的信息，具體包括地物、植被、溫度等，且能夠在數據庫中存儲這類信息或者以其他形式提供給用戶查詢使用。但是如何從海量影像信息資源中最大限度挖掘遙感影像信息是遙感研究領域的重點。

（三）遙感影像的應用難點

基礎地理國情監測采用的遙感影像類型繁多且復雜，具體使用過程中存在諸多難點，主要包括：

1.遙感影像獲取時間較長。按照國情監測相關規范要求，遙感影像的獲取和供給時間主要集中于各年度的6月底、7月底和8月底之前三個時期。但是一些地區的氣候環境條件相對復雜惡劣，受外界環境影響因素較大，導致其前期遙感影像的推送有所不足，整體覆蓋范圍較小，且后期集中推送更多的影像資料，因此，在相同地區不同傳感器獲取的影像重復；其次，遙感影像的推送分多個階段，整體耗時較久，等待時間較長，所以在對遙感影像進行選擇的過程中，很容易發生漏選或者選擇不正確等問題。

2.遙感影像的應用原則較為復雜。在遙感影像使用的過程中，對主要影像、補充影像的應用提出了明確的要求和規定，同時隨著地理國情監測工作的深入發展，對不同分區、地區的影像應用原則也進行了補充和完善。按照地標地物變化特點的差異性，基于對人口、經濟、規劃建設、環保等因素的考慮，將全國劃分為多類型區域：第一和第二分區具體指城鎮及周邊區域；第三和第四分區具體指鄉村地區、保護區等，以嚴禁開發和人流量稀少區域為主。對2019年遙感影像的應用原則進行分析，按照相關技術規范要求，對第三、第四類分區進行遙感影像的選擇時，首先要滿足第二季度2.5m分辨率遙感影像的要求，同時還需要綜合考慮其他相關因素，如下發批次、獲取月份等，并結合前一季度高分遙感影像共同應用[3]。

實際工作階段，不同工作人員的經驗、對遙感影像應用原則的理解存在偏差也是導致遙感影像使用不當的主要因素之一。另外，遙感影像的變化監測缺乏可靠理論依據，監測工作需要大量工作人員的參與，在不同環境條件下，不同方法所得出的結論不同，任何一步操作均會影響監測結果，目前尚無直接監測突發狀況的相關理論方法。且目前監測方法的選擇主要以需求為依據，適用區域不同，普適性較差[4]。分類后進行監測時，極易導致結果誤差，對后續統計分析工作造成影響。同時找出變化區域是監測的關鍵，圖像分類和選擇數值時，伴隨諸多不確定因素，且區域管理不充分，對最后的評估造成不利影響[5]。

三、遙感影像的應用情況及使用技巧分析

目前，基礎地理國情監測已成為政府部門宏觀決策、日常管理工作的重要組成部分，隨著監測工作的持續深入，縮短監測周期，提高工作效率十分必要。具體工作階段，遙感影像的選擇以人工手段為主。但是人工選擇存在一定的主觀判斷因素，容易受到其他諸多因素的影響，如區域的分區類型，影像的下發周期、批次，影像源，工作人員對影像應用原則的認知水平、個人工作經驗等，受相關因素影響，遙感影像使用不當的情況屢見不鮮。本文以遙感影像的應用原則為基礎，按照具體分區類型，對影響遙感影像的主要因素進行分析，進一步分析遙感影像的使用情況，總結正確使用情況的參照表，進一步規范遙感影像的正確使用。

（一） 遙感影像的使用情況

如果遙感影像的分區類型不同，其應用原則也不同，所以對遙感影像相關影響因子的影響程度也各不相同。

第一和第二分區類型，對遙感影像分辨率提出了較高的要求，需要優于1m，所以遙感影像分辨率影響的程度較深；第三和第四分區類型，并未對遙感影像分辨率提出一定的要求，通常只需要優于2.5m便可，但是如果存在時相為二季度優于2.5m分辨率以及非二季度優于1m分辨率的影像，需要借助高分辨率影像進行使用。對遙感影像進行使用時，影像的分辨率主要包括以下三種情況：只有優于1m分辨率影像、只有優于2.5m分辨率影像、上述兩種遙感分辨率影像同時存在。

除了分辨率外，時相也是影響遙感影像正確使用的主要因素，其組合形式繁多，主要包括以下幾種：只有第一或第二或第三季度的遙感影像、一二季度的影像同時存在，一三季度的影像同時存在、二三季度的影像同時存在以及三個季度的影像同時存在。

除此之外，在對遙感影像進行使用的過程中，對不同分區類型而言，相關影響因子并非共同存在，而影響因子的不同組合則會生成不同遙感影像使用組合。按照分區類型、分辨率、時相和下發批次的不同，能夠生成諸多遙感影像的應用組合形式，也就是一種遙感影像也能夠組合生成諸多遙感影像的應用組合，所以遙感影像的正確使用存在諸多可能性。

（二）遙感影像的應用技巧

基礎地理國情監測中遙感影像的應用，需要做好影像分割、創建分類體系、構建知識庫、完善分類等工作。首先，針對影像分割，在基礎地理國情監測環節采集到遙感影像之后，需要利用多尺度分割算法對影像進行分割，能夠對影像的形狀、光譜等進行準確的識別，然后對所有波段的形狀、光譜異質性特點進行精準的計算，并科學分配不同波段的權重，賦予各個波段相應的加權值，如果影像分割過程中，影像的形狀、光譜加權值超過既定的閾值，則進行多尺度分割；如果加權值低于既定的閾值，則繼續進行迭代運算，直至滿足加權值閾值要求再進行影像分割。在分割影像時還需要根據具體的情況，例如充分考慮影像的光滑度、尺度因子等，經過反復確認之后再進行科學的分割，能夠保證影像分割的精準度。其次，創建分類體系，基礎地理國情監測的遙感影像類型眾多，為了保證不同遙感影像能夠充分發揮作用，保證地理國情普查結果的全面性，需要對遙感影像進行分類，常用的分類方式包括硬化平地遙感影像、水體遙感影像、施工區域遙感影像、林地遙感影像、建筑遙感影像、耕地遙感影像、房屋遙感影像、道路遙感影像以及草地遙感影像等，不同的遙感影像采用不同的名稱和顏色進行區分，以保證遙感影像信息的獨特性和差異性。再者，創建基礎地理國情監測遙感影像的知識庫，能夠為影像資料的查閱、調用以及調整等奠定基礎，遙感影像知識庫是多種地理信息特征的集合，最常用的特征包括形狀和亮度，形狀指數能夠對遙感影像邊界的光滑度進行評定，根據遙感影像局部的形狀指數，可以判定其破碎度，為后續分類工作提供參考和依據；色彩指數能夠反映遙感影像的圖層類型信息，根據不同的色彩，能夠區分不同地理的類型。最后，完善分類，經過對遙感影像的上述操作，能夠實現對影像的初級分類，但是分類效果存在一定問題，例如出現錯分、未分等情況，導致遙感影像數據無法準確、完整地反映基礎地理國情信息，因此需要對分類結果進行檢查，對影像樣本進行循環處理，保證遙感影像數據的全面性和準確性。同時，還需要對遙感影像進行智能優化，例如邊界平滑修復、去除噪聲等。此外，由于基礎地理國情的復雜性非常高，遙感影像能夠實現大范圍地理影像信息的采集，但是無法實現完全、精準地分類，必要時還需要進行人工復核，避免出現漏分、錯分等問題，尤其是農村道路、自建房屋等遙感影像無法準確識別的情況，需要專業人員利用簡略的適量專題圖對影像進行分割，提高遙感影像的分類效果。

為了進一步規范遙感影像的應用，以2019年基礎地理國情監測情況為依據，總結遙感影像的正確使用情況，列出四個不同分區類型只存在優于1m分辨率影像響或者只有2.5m分辨率影像時，組合不同的時相，遙感影像正確使用的參照表，如表1所示。以分區類型為依據，參照正確使用的參照表，結合區域遙感影像特征，正確選擇主影像和補充影像，為基礎地理國情監測工作的順利開展夯實基礎。

通過參照表展開分析，對基礎地理國情監測中遙感影像的正確使用方法進行總結，主要包括以下相關內容：（1）第一、第二分區類型。如果第二季度有優于1m分辨率的遙感影像，務必要使用，將其作為主影像或者補充影像；如果第二季度中沒有優于1m分辨率遙感影像，存在優于1m分辨率的影像務必要使用，與第三季度相同分辨率的遙感影像相比，優先選擇第一季度相應分辨率的影像；如果沒有優于1m分辨率遙感影像，務必要使用二季度遙感影像；針對季度、分辨率相同的遙感影像，優選選擇批次更早的新影像。（2）第三、第四分區類型。如果同時存在時相為二季度優于2.5m分辨率遙感影像和非二季度優于1m分辨率遙感影像，需要將二者聯合應用。針對批次相同的遙感影像，如果時相低于3個月，需要將高分辨率影像作為主遙感影像，針對不同批次的遙感影像，需要將批次更早的影像作為主影像；如果遙感影像的時相、分辨率等均非第二季度，由于2.5m分辨率遙感影像和非二季度優于1m分辨率遙感影像同時存在，務必要選擇二季度遙感影像，如果沒有二季度影像，則需要選擇時相最新且優于1m分辨率的遙感影像；針對季度、分辨率一致的遙感影像，優先選擇時相最新的影像，其次選擇批次最早的次遙感影像。

四、結語

隨著基礎地理國情監測工作的深入開展，傳統監測方法因為耗時長、效率低、成果不豐富，已難以滿足現代化、精細化的工作要求。遙感影像作為基礎地理國情監測的主要組成部分，充分掌握遙感影像的使用技巧十分重要。但是受到遙感影像來源豐富、下發周期長、批次繁多以及相關工作人員缺乏對應用原則的了解、經驗不足等因素的影響，導致基礎地理國情監測仍存在一定的問題，由于未掌握遙感影像的使用技巧，必然會影響成果數據與地物分類的準確性，進而不利于后期統計分析的順利開展。本文結合遙感影像的相關影響因素，進一步分析了其正確使用技巧，列出正確使用的參照表，確保監測中能夠高效、準確選擇遙感影像，提高工作效率和檢測精度。

參考文獻

[1]李龍凱.面向地理國情監測的城市遙感影像變化監測分析方法研究[J].中國住宅設施，2022（7）：64-66.

[2]王爽，龐春枝，譚寶琳，等.基于影像匹配的基礎性地理國情監測遙感影像快速制作[J].測繪與空間地理信息，2017，40（10）：120-121，124，128.

[3]嚴秀娥.基于遙感影像的遼陽地理國情監測技術方法研究[J].測繪與空間地理信息，2019，42（6）：161-163.

[4]王安，陳容，高釗，等.面向對象的 ADS80遙感影像分類在地理國情監測中的應用研究[J].測繪與空間地理信息，2015（9）：69-71.

[5]劉榮.面向地理國情普查的城市遙感影像變化監測方法分析[J].現代測繪，2019，42（6）：27-30.

作者單位：重慶市地理信息和遙感應用中心