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遥感技术在地理国情普查中的应用
文章来源:重庆市地理学会    发布时间:Thu Jul 04 11:43:19 CST 2013 浏览次数:2108次

文/重庆市地理信息中心遥感所 张少佳

地理国情是指地表自然和人文地理要素的空间分布、特征及相互关系,是基本国情的重要组成部分。地理国情普查的目的是查清自然和人文地理要素的现状和空间分布情况,为开展常态化地理国情监测奠定基础,满足经济社会发展和生态文明建设的需要,提高地理国情信息对政府、企业和公众的服务能力。

2011-2012年,重庆市负责开展了地理国情监测重庆试点工程,为国家开展地理国情监测提供了技术和工作经验。2013年2月,国发〔2013〕9号文件部署开展第一次全国地理国情普查工作。重庆市地理信息中心再次承担全国第二批地理国情普查试点工作,为全国和全市地理国情普查的全面实施积累经验。

地理国情普查中,综合运用遥感对地观测、影像处理、智能分类和信息提取等遥感技术,并融合GPS、GIS等地理信息技术,实现对地理国情信息进行定量化、空间化的调查和综合分析。普查主要基于多源遥感影像,结合基础地理信息数据及专题数据,针对不同地理要素的特点,开展遥感影像自动处理与人机交互解译、多源信息辅助判读与解译、外业调查与核查、地理国情信息统计与分析等工作。

1、遥感对地观测——提供数据获取有效手段

地理国情普查和监测对象具有区域性、多维结构、时序变化等复杂特征,而且强调地理国情信息获取的时效性和全面性,因此,在很大程度上,对地观测能力的强弱决定了地理国情监测的强弱。由于遥感对地观测具有快速、覆盖范围广、周期性等特点,使其成为最重要的地理国情普查和监测数据获取手段。

当前遥感对地观测呈现出“三全”(全天候、全天时、全球观测)、“三高”(高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率)、“三多”(多平台、多传感器、多角度)的发展趋势,可大力满足满足地理国情的综合性、快速应急响应的需求。

近年来,中心通过建立“航天卫星、航空、低空”,以及“光学+雷达、国产+国外、高中低分”一体的遥感影像采集体系,数据获取能力大大提升,能够有效保障地理国情普查的数据获取需求。中心已采集获取了覆盖全市域的SPOT、Rapideye等卫星影像,覆盖主要城市建设区域的卫星及航空遥感影像,包括资源3号、Geoeye、Quikbird、IKONOS、WorldView、Pleiades等高分辨率卫星影像以及航空影像,大力保障了地理国情普查和监测的数据获取需求。

2、多源遥感数据预处理——满足地理国情信息提取需求

遥感影像预处理的目的是增强遥感影像信息表达的能力,使影像更为清晰,目标地物更易识别,提高地理国情信息提取的精度。对多源、多时相遥感数据进行正射纠正处理,制作遥感正射数字影像。

卫星遥感影像处理主要包括地面控制点建设、大气校正、正射校正、影像融合、色彩平衡、影像镶嵌、影像分幅等内容。

图1 DpGrid航空摄影测量处理系统

图2 遥感正射数字影像(叠加DLG数据)

航空遥感影像处理包括航摄资料的处理、GPS辅助空中三角测量、DEM编辑修改、影像正射纠正、影像匀色、正射影像拼接、分幅裁切、DOM元数据制作等内容。

3、基于知识规则的遥感影像智能分类——提高地表覆盖信息提取效率与精度

在地理国情普查地表覆盖信息提取中,利用遥感与GIS融合技术,采用面向对象的基于知识规则的遥感影像分类。首先为面向对象的遥感影像多尺度分割,在综合利用遥感数据的光谱、纹理特征、拓扑关系以及专题信息,采用多尺度分割技术,将影像分割成许多相对同质的对象。其次,利用GIS辅助数据和分析,如DLG数据、DEM、土壤、植被等,建立遥感影像分类知识规则,从而得到较高的信息自动提取精度。最后,结合解译样本库和野外调绘,人机交互处理完善自动提取结果。

遥感分类知识规则的建立是遥感智能分类的关键,不同的目标物,用于描述其的特征或者特征组合是不一样的,因而需要选择合适的特征或者特征组合,来构建分类知识规则库。GIS具有处理不同来源数据和空间建模的能力,将GIS与遥感技术相结合,充分利用GIS分析和辅助数据,可以构建有效的分类知识库。在遥感分类训练样区的选择、分类数据预分层、分类结果后处理中,遥感与GIS融合技术均可以运用,有效提高自动分类精度。

图3基于知识规则的遥感影像地表覆盖分类方法

图4基于知识规则的遥感影像地表覆盖分类结果

4、遥感专题信息特征提取——辅助开展地理国情要素普查

地理国情要素的普查以遥感正射影像为基础,利用收集整合的参考数据,采用自动分类提取与人工解译结合的方式,参考基础地理信息等资料,开展内业判读与解译,补充或更新采集水系、交通、居住小区等要素实体。

如在道路地理国情要素信息普查中,由于道路在遥感影像绿光波段的均值及亮度指数都比较高,线性特征也比较突出,因此可根据道路的光谱、几何特征等可设置相应算法进行辅助提取。结合基础地理信息道路数据,采用人机交互可更新或补充铁路、公路等道路专题数据,并协调交通管理部门相关资料完善道路属性信息。

(a)绿光波段均值      (b)形状指数      (c)SPOT影像      (d)道路提取结果

图5 道路专题信息特征提取

5、遥感与GPS技术融合——普查样本库建立和外业调绘核查电子化

遥感技术辅助以基于位置的服务(LBS),可以通过GPS实时定位获取移动终端用户的位置信息(地理坐标或大地坐标),与遥感影像和解译信息进行空间叠置后,实现内外业信息的空间关联和分析,为地理国情信息快速电子调查和内外业一体化提供了高效的技术手段。

基于地理国情普查的需求,融合遥感与GPS技术,开发基于移动终端的电子外业调查系统,一方面可以建立准确的遥感影像内业解译样本库,实现遥感影像信息表达与实际地理要素的相关关系;另一方面,可以快速获得外业调绘采样位置、遥感解译地块现场、外调轨迹等信息,核实地理要素实体边界和属性。

 

(a)低密度低矮房屋建筑区实景       (b)低密度低矮房屋建筑区遥感影像

图6 基于RS、GPS融合的解译样本库建立(低密度低矮房屋建筑区)

 

(a)绿化林地       (b)多层及以上房屋建筑物

图7 RS、GPS融合下的地理国情普查外业调查

地理国情普查及监测是综合利用航空航天遥感、全球导航卫星系统、地理信息系统等现代地理信息技术,形成反映各类资源、环境、生态、经济要素的空间分布及其发展变化规律的监测成果,从地理空间的角度客观、综合展示国情国力。地理国情监测(普查)是国家赋予测绘与地理信息工作的新职责、新任务和新要求,是遥感等地理信息技术技术全面服务国家重大决策和公众服务需求的一次大演练,对于地理信息技术深化提升和产业化应用具有重大推动作用。

随着经济社会发展,社会公众对基于空间位置的信息服务需求越来越强烈,地理信息越来越深入公众生活,地理信息服务的内容、方式和对象发展根本变化,逐步向知识化、动态化、大众化发展。在中国推动城镇化和建设生态文明的新时期,利用地理国情普查和监测的机遇,大力提升和深化遥感对地观测、影像快速处理、信息自动提取,以及与GPS、GIS融合等技术,建立高效的地理信息政府、企业机构和公众服务模式和体系,对于地理信息产业的发展具有深远意义。