利用遥感影像进行土地利用动态变化信息提取的方法总结

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利用遥感影像进行土地利用动态变化信息提取的方法总结

2015-02-02 作者: giser 浏览: 929 次

摘要: 通过对同一地区不同时相的影像进行分析处理,运用解译标志和实践经验与知识,从遥感影像上识别变化目标,定性、定量地提取出目标的分布、结构、功能等有关信息,这一过程为变化信息的提取过程。 变化信息提取是土地利用动态遥感监测中的一个重要步骤。它主要是通过计算机辅助与人....

通过对同一地区不同时相的影像进行分析处理,运用解译标志和实践经验与知识,从遥感影像上识别变化目标,定性、定量地提取出目标的分布、结构、功能等有关信息,这一过程为变化信息的提取过程。 变化信息提取是土地利用动态遥感监测中的一个重要步骤。它主要是通过计算机辅助与人工识别相结合的方法,提取出土地利用变化在多时相遥感影 像上的表现信息,并进行处理和数理统计,从而输出变化信息成果的过程。

变化信息提取包括以下四个步骤:发现变化信息,生成变化信息模板;人工与自动相结合提取变化信息,确定变化类型;最后将变化信息反映在地图上并进行数据统计。 变化信息的发现是变化信息提取过程中最关键的一步,变化发现的准确度决定着后序工作是否能达到最理想的效果。变化信息发现的方式可分为三种:人工发现、自动发现及人工与自动 相结合的方法。在土地利用动态遥感监测中,大多采用最后一种方法,即人工与自动相结合的方法。其中变化自动发现的方法主要包括光谱特征变异法、假彩色合成法、主成分分析法、图像差值法、分类后比较法、波段替换法及变化矢量分析法。

光谱特征变异法

同一地物反映在多源遥感影像上的信息是一一对应的。因此对同一时相、不同传感器的影像进行融合后,地物光谱属性可以如实正确地表现出来。但如果同一地物在两者上的信息表现为不一致时,那么融合后影像中此地物的光谱就表现得与正常地物的光谱有所差别,此时称地物发生了光谱特征变异,可根据发生变异的光谱特征确定变化信息的发生。 光谱特征变异法是土地利用动态监测中应用的最多的一种方法。光谱特征变异法充分利用了TM数据的丰富光谱特征和SPOT数据的高分辨率纹理特征,将前一时相的TM数据与后一时相的全色SOPT数据精确配准后融合。由于后一时相的SPOT全色波段数据相对与前一时相的TM多光谱数据发生了变化,于是发生变化的区域在融合后的影像上表现为含有纹理特征的亮绿色,区别于周围植被地物的绿色特征和正常的居民地信息,判定为该区域新增了一块建设用地。 该方法具有物理意义明显、操作简捷的特点。但是发生光谱特征变异的地物在几何尺寸上要足够大才能被人工目视发现,而小于这一尺寸的地物变化就很难被目视解译出来。很显然这种方法的精度不会很高。

假彩色合成法

由于地表的变化,相同传感器对同一地点所获取不同时相的影像在灰度上有较大的区别。在进行变化信息的发现时,将前、后两时相的全色数据精确配准,再利用假彩色合成的方法,将后一时相的数据赋予红色通道,前一时相的数据赋予蓝色和绿色通道。利用三原色原理,形成假彩色影像。其中,地表未发生变化的区域,合成后影像灰度值接近,而土地利用发生了变化的区域则呈现出红色,即判定为变化信息的所在。通过目视对比观察可以发现,在后一时相影像中所标出的区域,纹理和灰度都不同于在前一时相影像中的相同区域,说明地表覆盖发生了变化。通过影像判读可以知道,该区域是新增的一块居民地和一条道路。在假彩色合成影像中,该区域呈现出红色,将变化信息清晰地反映了出来。

主成分分析法

主成分分析法的数学基础是主成分变换,即基于变量之间的相互关系,在尽量不丢失信息的前提下,利用线性变换的方法实现数据压缩和特征选取的目的。基本原理同融合方法中有关内容。在土地利用动态监测中,根据操作方法的不同,该方法又有以下几种方式:

1、主成分差异法 将两时相的融合影像经纠正、配准后,分别对它们进行PC变换。根 据PCA的特性,变化结果的第一分量集中了影像的主要信息,其他分量则反映了影像的差异信息。因此将两时相的第一主分量作差值取绝对值处理,生成的差值影像即为变化信 息模板。

2、多波段主成分分析法 由遥感理论得知,地物属性发生变化,必将导致其在影像某几个波段上的值发生变化,所以只要找出两时相影像中对应波段上值的差别并确定这些差别的范围,便可发现土地利用变化信息。在具体工作中将两时相的影像各波段进行组合成一个两倍于原影像波段数的新影像,对该影像作PC变换。由于变换结果前几个分量上集中了两个影像的主要信息,而后几个分量则反映出了两影像的差别信息,因此可以试着抽取后几个分量进行波段组合来产生变化信息。例如对以TM5、4、3波段组合并与SPOT融合的影像来说,把两时相的影像进行波段合成,新产生的影像将有6个波段的信息。对这个影像作PC变换的结果含有6个分量的影像值,这6个分量的前一、二分量便包含了原始影像的主要信息,而后几个分量则反映了两时相影像的变化信息,变化信息在结果影像中呈现为蓝色。一般来讲,在上述多波段主成分变换之后,采用6、4、3分量进行波段组合能较好地反映出前后时相影像的变化部分。多波段主成分分析方法的不足在于操作过程较复杂,数据量和计算量都较大,运行速度较慢。而且,主分量选择的合理性难以确定,存在信息遗失的情况。

波段替换法

首先融合前一时相的多光谱影像与全色影像,将融合影像分解为红、绿、蓝三个波段。然后将融合影像与后一时相的全色影像进行精确配准,用后一时相的全色波段影像代替融合影像的红色波段,生成新的影像。在新影像上能够容易地发现红色区域为发生变化的区域。

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