利用遙感信息實(shí)現(xiàn)土地利用分類方法研究_圖文

1、2008年第27卷第3期383389頁云南地質(zhì)C N53-1041/PI SS N1004-1885賈庭芳, 尹(650093摘E 、S 和PC I 等遙感數(shù)據(jù)分析處理軟件, 以昆明-玉溪-, 提出該地區(qū)土地利用分類的方法。遙感處理; C BERS -02; 土地利用的分類;中圖分類號:P627文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:100421885(2008 032383207土地利用分類, 為土地管理和調(diào)控提供基本信息, 還可根據(jù)管理和應(yīng)用需要進(jìn)行續(xù)分, 與以往的土地分類進(jìn)行有效銜接, 不至于造成土地基本信息“斷檔”。土地分類是根據(jù)土地性狀、地域和用途等方面存在的差異性, 按照一定的規(guī)律, 將土地歸并

2、成若干不同類別。按照云南省多目標(biāo)地球化學(xué)(云南省滇池-撫仙湖經(jīng)濟(jì)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查 設(shè)計書的要求將土地利用分類為:耕地、林地、草地、城鎮(zhèn)公交用地、未利用地等五大類。從某種角度看, 土地利用現(xiàn)狀也是社會的一面鏡子。土地利用分類是人們對土地資源認(rèn)識的表現(xiàn), 科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐恋乩矛F(xiàn)狀分類關(guān)系到土地資源的合理、可持續(xù)利用, 關(guān)系到土地利用類型結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及土地資源社會經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益的綜合發(fā)揮。本次采用CBERS -02影像, 空間分辨率有高、中、低三種, 最高空間分辨率為1915m , 光譜設(shè)計與美國Landsat T M 相似, 與法國SP ORT 衛(wèi)星的多光譜段相近; 此外, CBERS 產(chǎn)品有很

3、高的性價比。圖1土地利用分類流程圖F i g 11Flow Chart of Land Utili za ti on C l a ssi f i ca ti on收稿日期:2007212220作者簡介:賈庭芳(1982 , 女, 河北石家莊人, 在讀碩士研究生, 專業(yè):計算機(jī)應(yīng)用。1遙感影像處理與分析111多波段影像合成通過分析遙感數(shù)據(jù)的光譜信息結(jié)構(gòu), 比較多波段信息, , 利用Sheffield 的雪氏熵值法統(tǒng)計分析和地物波譜特征, -02衛(wèi)星CCD 傳感器的4、3、2為最佳波段進(jìn)行RG B 第4波段(近紅外波段 、生物量和作物長勢的調(diào)查, , ; 第3波段( , 亦能; 2綠波段 , 對水

4、體的穿透能力較強(qiáng), 對植被的反射敏感, , 利用這一波段增強(qiáng)前別植被的能力。112幾何校正投影變換幾何校正即是將圖像數(shù)據(jù)投影到平面上, 使其符合地圖投影系統(tǒng)的過程。而降低圖坐標(biāo)系統(tǒng)賦予圖像數(shù)據(jù)的過程稱為地理參考。其中, 多項(xiàng)式變換(Polynom ial 在衛(wèi)星圖像校正過程中應(yīng)用較多, 在調(diào)用多項(xiàng)式模型時, 需要確定多項(xiàng)式的次方數(shù)(order , 通常整景圖象選擇3次方。次方數(shù)與所需要的最少控制點(diǎn)數(shù)相關(guān), 最少控制點(diǎn)數(shù)計算公式:(t +1 3(t +2 /2,式中t 為次方數(shù)。(1 控制點(diǎn)布設(shè)控制點(diǎn)布設(shè)的原則, 應(yīng)把握兩點(diǎn):一是要盡可能地均勻, 一般規(guī)則遙感影像的前49個控制點(diǎn)要將整個影像控制

5、在一個規(guī)則的坐標(biāo)范圍內(nèi), 概括地把校正控制點(diǎn)范圍確定好, 以方便后續(xù)控制點(diǎn)的采集。這樣, 控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差往往會控制到最小, 每個控制點(diǎn)的幾何殘差也容易校正, 我們稱這種控制點(diǎn)布設(shè)方法為“邊廓點(diǎn)”, 即四邊形點(diǎn)位布設(shè)。二是當(dāng)影像不是很規(guī)則的幾何圖形時, 要盡可能地用控制點(diǎn)將其分成幾個規(guī)則的幾何圖形, 然后分塊進(jìn)行控制點(diǎn)的采集。但這并不是把每塊獨(dú)立起來, 仍要保證整體點(diǎn)位均勻。在不規(guī)則影像的邊緣, 盡量的布放控制點(diǎn), 從而控制住影像的邊緣, 以便更好地控制整體。總之, 在選取控制點(diǎn)的時候, 要把握整體。整體把握住后, 再均勻地對局部選擇控制點(diǎn)。(2 點(diǎn)位布設(shè)順序選取控制點(diǎn)時要注意點(diǎn)和點(diǎn)之間的排

6、放順序。局部選取控制點(diǎn)時千萬不要盲從, 看到拐角、交叉等地形就放點(diǎn), 這樣的結(jié)果只能是局部校正得比較好, 但從整體來看就不理想。點(diǎn)密而不均、量多而無序起不到好的效果。有序布點(diǎn), 就是讓控制點(diǎn)按照一定的順序排列。當(dāng)然, 這種順序不是唯一的, 可以是從左到右、從上到下, 從中心到四周, 從左上到右下等等, 要根據(jù)影像的圖面要素特征來選取適合的控制點(diǎn)布放順序。不同的順序最后的校正的結(jié)果不同。投影類型選擇我國常用的高斯-克呂格(Gauss -Kruger 投影, 橢球體參數(shù)選擇Krass 2ovsky 。113影像拼接工作區(qū)剪裁圖像的拼接處理, 是要將具有地理參考的若干相鄰的圖像合并成一幅圖像。需要拼

7、接的輸入圖像必須含有地圖投影信息, 或者輸入圖像必須經(jīng)過幾何校正處理或進(jìn)行校正標(biāo)定。雖然所有的輸入圖像可以具有不同的投影類型、不同的像元大小, 但必須具有相同的波段數(shù)。進(jìn)行圖像拼接時, 需要確定一幅參考圖像。參考圖像將作為輸出拼接圖像的基準(zhǔn), 決定拼接圖像的對比度匹配、以及輸出圖像的地圖投影、像元大小和數(shù)據(jù)類型。由于工作區(qū)(解譯用圖像 剪裁, 得到所需的研究區(qū)域。114圖象增強(qiáng)圖像增強(qiáng)處理:、空間特征增強(qiáng)以及時間信息增強(qiáng)三大類。; 空間特征增強(qiáng)主要對圖像中的線、邊緣、紋, 其目的是提取多。由于CBERS -02影像的象元灰度對比度偏低, 影像較為模糊, 噪聲大, 需要進(jìn)行顏色均衡和去噪聲處等圖

8、像的增強(qiáng)處理。銳化增強(qiáng)處理:是通過對圖像進(jìn)行卷積濾波處理, 使圖像的亮度得到增強(qiáng)而不使其專題內(nèi)容發(fā)生變化, 從而達(dá)到增強(qiáng)的目的。降噪處理:是利用自適應(yīng)濾波法去除圖像中的噪聲。此技術(shù)在沿著邊緣平坦區(qū)域取出噪聲的同時, 可以很好的保持圖像中一些小的細(xì)節(jié)。去霾處理的目的是降低多波段圖像的模糊度, 實(shí)質(zhì)上是基于纓帽變換的方法, 首先對圖像進(jìn)行主成份變換, 找出與模糊度相關(guān)的成份并剔除, 然后再進(jìn)行主成份逆變換回到RG B 彩色空間達(dá)到去霾的目的。115地物分類監(jiān)督分類思想是:首先根據(jù)類別的經(jīng)驗(yàn)知識, 確定判別函數(shù)和相應(yīng)的判別準(zhǔn)則。其中, 利用一定數(shù)量的已知類別的樣本(訓(xùn)練樣本 的觀測值確定判別函數(shù)中待

9、定參數(shù)的過程稱之為學(xué)習(xí)(Learning 或訓(xùn)練(Training , 然后將未知類別的樣本的觀測值代入判別函數(shù), 再依據(jù)判別準(zhǔn)則對該樣本的所屬類別作出判定。非監(jiān)督分類的理論依據(jù)是:遙感圖像上的同類地物在相同表面結(jié)構(gòu)特征、植被覆蓋、光照等條件下, 應(yīng)當(dāng)具有相同或近似的光譜特征, 從而表現(xiàn)出某種內(nèi)在相似性, 歸屬于同一個光譜空間區(qū)域; 不同的地物, 光譜信息特征不同, 歸屬不同的光譜空間區(qū)域。(1 遙感影像目視解譯增強(qiáng)后的遙感影像中(圖2 , 通過目視解譯可看出:林地:主要分布在地形起伏比較大的溝谷里, 林地的影像特征表現(xiàn)為邊界比較模糊, 形狀不規(guī)則, 在標(biāo)準(zhǔn)假彩色遙感影像上呈深紅、紅色調(diào), 影

10、像結(jié)構(gòu)比較粗糙。耕地:分布相對比較集中。耕地附近會有城鎮(zhèn)公交用地, 幾何特征較明顯, 地塊平整面積大, 呈寬長條形和條帶狀結(jié)構(gòu)。色調(diào)均一且光滑細(xì)膩, 無顆粒感, 旱地色調(diào)呈藍(lán)青、白綠, 水澆地色調(diào)呈淡紅, 淡粉, 影像形態(tài)呈較大斑塊狀。水體:此類用地比較容易識別。影像上幾何特征明顯, 形狀自然彎曲或局部平直, 邊界易于勾畫, 影像色彩非常均勻。湖泊呈深藍(lán)、藍(lán)黑色調(diào); 河流呈白綠色(與城鎮(zhèn)公交用地色調(diào)相似 。386云南地質(zhì)27卷未利用地:主要分布在地勢起伏的大山頂部, 會有稍大的區(qū)域分布, 其他區(qū)域多為零星分布, 呈深綠色。城鎮(zhèn)公交用地:主要分布在耕地的周圍, 多被耕地環(huán)抱, 形狀不規(guī)則, 邊界

11、較清楚, 一般呈青灰、灰、淺灰色調(diào), 影像結(jié)構(gòu)較粗。交通用地線性幾何特征易于區(qū)分和識別。(2 遙感影像分類, 1特征, 很大誤差, , 所以圖2增強(qiáng)遙感影像圖F i g 12Strengthen i n g Re m ote 要放棄非監(jiān)督分類, 選擇由人工干預(yù)的監(jiān)督分類。Sen si n g I mage 而監(jiān)督分類有兩種操作方法:第一種:對五種地物直接在影像上選取樣本, 一次性分類得到五種地物的分類影像。第二種:對增強(qiáng)的影像進(jìn)行分類時, 要有所側(cè)重。第一步, 在分類設(shè)置時只分兩類, 在影像比較好辨別的林地上大范圍取樣本, 然后執(zhí)行分類。將林地分類圖同完整的NDV I 植被指數(shù)圖(在此區(qū)域內(nèi)的

12、為林地、耕地、草地 和實(shí)地調(diào)查的地圖核對, 一般首次提取都不完整, 要在此分類基礎(chǔ)上, 在沒有被劃入林地類的影像上, 補(bǔ)充樣本, 再次分類, 重復(fù)前面的步驟直到把絕大多數(shù)的林地都提取出來; 第二步, 再多建一個耕地類, 到非林地的影像上取樣本, 方法同林地; 第三步, 建立草地類, 從上面的方法得到; 第四步, 再多建一個城鎮(zhèn)公交用地類; 第五步, 建立未利用地類。116分類中遇到的問題由于同物異譜和異物同譜等問題的存在, 在監(jiān)督分類中存在5個主要問題:一是水體和山體陰影的混分問題; 二是未利用地和城鎮(zhèn)公交用地之間的分類界線不清晰; 三是, 河流會被誤判為城鎮(zhèn)公交用地; 四是, 林地和耕地的混

13、淆; 五是, 山體陰影會被誤判為城鎮(zhèn)公交用地。采用第一種分類方法, 以上五個問題得到的分類圖像質(zhì)量太差。而選用第二種分類, 其中的第二個和第四個問題可以得到很好地解決, 第五個問題也有一定的改善, 所以選擇第二種分類方法相對比較好。117分類后處理分類后不可避免地會出現(xiàn)很小圖斑, 所以必須進(jìn)行分類后處理。得到的125萬地圖, 要使得整幅圖看起來不會有太多的斑點(diǎn), 因此在分類后的處理中, 設(shè)置選擇圖斑中的像素個數(shù)小于625時, 就把此圖斑歸并到鄰近的最大的類中, 而可清除掉。由于分類后處理的圖像失去了原來分類圖中的很多信息, 所以只能再進(jìn)行分類, 才能得到所需地物的柵格圖或者位圖。在分類后處理的

14、圖像中只有需要的幾類地物, 所以可以直接對分類后處理的影像進(jìn)行非監(jiān)督分類, 得到含有分類信息的影像圖。3期賈庭芳等:利用遙感信息實(shí)現(xiàn)土地利用分類方法研究387118轉(zhuǎn)變成矢量圖監(jiān)督分類后, 再對影像進(jìn)行Ho mogenous Classificati on 處理和Thresholding I m age t o B it m ap 處理, 得到各類地物的位圖。因制圖的需要, 。轉(zhuǎn)為矢量圖后, 在MAPGI S 中進(jìn)行手工操作, , 得到相對精確的土地利用分類圖。2分類方法改進(jìn)分類這一步驟中, 211, 突出邊緣信息, 再對圖像進(jìn)行主成分變換(圖3 , 根據(jù)特征矩陣分析, 第一主成分、低而出成分

15、和第三主成分很好地反映了水體信息, 所以選這三個分量作假彩色合成, 再通過三個主成分上水體的光譜特征范圍, 提出水體。將得到的陰影圖像進(jìn)行兩度反轉(zhuǎn)處理, 即將圖像的亮度范圍進(jìn)行線性取反或者非線性取反, 產(chǎn)生一幅與輸入圖像亮度相反的圖像, 再對圖像進(jìn)行監(jiān)督分類得到陰影區(qū)域的各類地物。但這種方法還是有缺陷, 它對于水質(zhì)很好的湖泊或者河流能夠達(dá)到預(yù)期的效果, 但是對水質(zhì)不是很好的湖泊、河流還是不能夠很好的提取。212針對林地、耕地和草地混淆植被變化是土地資源動態(tài)監(jiān)測的重要內(nèi)容。ND 2V I 作為制備指數(shù), 對地表植被變化反應(yīng)靈敏, 通常被認(rèn)為是優(yōu)先考慮的遙感監(jiān)測指數(shù)。圖3主成分變換圖像(1 第一步, 得到完整的植被的覆蓋影像mage of M a i n Com positi on 利用NDV I (NDV I =(I R -R /(I R +R , F i g 13IA lterna ti on 根據(jù)分析NDV I 圖分析植被區(qū)域的取值, 確定植被域值并且制作明顯植被的掩摸;利用掩摸提取出明顯植被, 得到明顯植被的影像;