Landsat8不透水面遥感信息提取方法对比

不透水面是重要的地表覆盖类型,利用卫星遥感影像准确提取不透水面信息对于掌握地表覆盖变化具有重要意义。现有研究已提出了多种不透水面遥感信息提取指数,但目前尚缺乏对这些不透水面指数的系统对比分析。利用Landsat8卫星遥感影像,测试了目前8种主要不透水面指数的提取精度。结果表明,在现有不透水面指数中,垂直不透水层指数能够有效增强不透水面信息,不透水面提取精度最高(89. 6%),其次是比值居民地指数和生物物理组分指数(87. 5%和87. 4%),城市指数与新建筑指数提取精度再次之(82. 9%和80. 0%),归一化差值不透水面指数、归一化建筑指数和基于指数的建筑指数未能有效增强不透水面信息,提取精度较低(75. 0%)。此外,这8种不透水面指数都未能有效解决不透水面与大片裸地光谱混淆的问题,在裸地广泛分布的区域难以准确提取不透水面,平均提取精度仅为71. 0%,影响了不透水面指数的大区域应用。     

基于光谱混合分解的流域不透水面提取及其动态分析——以于桥水库为例

不透水面不仅是城市非点源污染的主要来源,还是流域生态环境变化的主要因素之一。不透水面的数量、位置、几何形状、分布格局以及透水率与不透水率的比值,均影响着流域的水文环境,因此成为研究热点。本文以天津于桥水库流域为例,综合遥感(RS)与地理信息系统(GIS)技术,从流域尺度上研究1984~2013年间不透水面覆盖度的变化。在ENVI 5.1软件支持下,利用遥感影像获取1984,1994,2004和2013年4个时相的不透水面信息。采用修正后的归一化水体指数剔除水体信息,排除水体对不透水面提取精度的影响。运用线性光谱混合分析法(Linear Spectral Mixture Analysis,LSMA),提取流域不透水面覆盖度。结果表明:流域内不透水面覆盖度大多集中在1~5级,植被覆盖程度较高。近30年间不透水面比例逐年增加,2013年比1984年增加了2.802%,呈线性增长。中等分辨率的遥感影像适合流域尺度的不透水面提取的结果可作为流域水文及规划管理的重要基础性数据。     

Sentinel+Landsat融合影像的城市不透水面积参数获取

不透水面是衡量城市化的发展程度和评价城市生态环境质量的重要指标之一。南昌市作为环鄱阳湖生态经济圈的典型代表区域城市之一,准确、及时、高效地获取其不透水面信息对经济发展和生态规划提供全新的决策参考具有重大意义。现有的不透水面研究大多集中在针对单一光学遥感影像数据提取不透水面信息,但受影像数据源的影响,其分类结果往往存在光谱混淆和“椒盐”现象,限制了不透水面分类精度的进一步提高。为了改善这一局面,本文以南昌市为研究区,综合考虑多源遥感影像数据各自具有的影像特征优势,探究基于Sentinel+Landsat影像提取不透水面信息的适用性与优劣性。     

基于GEE和机器学习的不透水面提取研究——以成渝地区为例

随着城镇建成区范围不断扩大，不透水面面积急剧扩张，对区域生态和经济产生严重影响，对不透水面的快速、准确识别显得尤为重要。文中以成渝地区双城经济圈的两大核心城市为研究对象，基于GEE云平台和Landsat 8影像，构建光谱波段、光谱指数和纹理指数的分类特征，利用最小距离(MD)、分类回归树(CART)、支持向量机(SVM)、随机森林(RF)和朴素贝叶斯(NB)5种机器学习算法，提取不透水面信息。结果表明，RF算法效果最好，提取结果与实际最相符，CART和SVM算法精度差异不大。本研究可为不透水面提取提供方法和技术参考。     

基于随机森林算法的城市不透水面信息提取——以长春市为例

为了快速、准确地掌握不透水面的空间分布及满足动态变化信息现实需求，本文基于多分类器集成学习的思想，引入随机森林算法，以Landsat8影像为数据源，长春市为实验区，选取光谱特征、纹理测度、空间变换后的独立分量等25个特征变量进行分类研究，根据OOB误差进行重要性分析并试验得出最优的分类模型，实现高精度不透水面信息的提取，最后与传统参数分类法进行比较。结果表明：随机森林算法的总体精度可以达到94%，高出最大似然分类法5.9%，支持向量机算法0.77%，Kappa系数为0.914 3，均方根误差为0.104 3，不透水面的提取精度达95.54%，可以精确地得出所需信息，为城市建设与规划提供有效的专题数据。     

一种基于TM影像的不透水面信息提取方法

针对TM影像不透水面提取的研究,通过综合分析被广泛应用于提取不透水面的归一化差异不透水面指数法和归一化差异植被指数法,从而提出一种改进的快速提取不透水面的方法--实验指数组合法,即通过将植被指数取反减去水体指数。以高分影像ZY3和可提供经纬度信息的Google Earth作为参考,将归一化差值不透水面指数、归一化差值植被指数和实验指数组合法得到的提取结果分别进行评价,获得了图像的分类精度,对比可知实验组合指数法的精度高于其他两种指数结果,其精度为88.16%。     

结合形态学和光谱特征参数的建筑物阴影提取及其高度估算

建筑物高度信息对城市景观规划设计、城市人居和生态环境评估等都具有重要作用。针对当前卫星遥感影像提取建筑物高度研究中存在精度较低、人工干预程度过多的问题,本文基于GF-2卫星遥感影像数据,综合建筑物阴影指数(EMSI)、归一化植被指数(NDVI)和地表反射率等3个参数,实现了建筑物阴影的自动化提取,进而依据空间几何学关系,实现了建筑物高度的快速估算,最后对研究结果进行了实地检验。研究表明,利用建筑物阴影指数、NDVI、地表反射率等3个参数可有效提取建筑物阴影,且利用建筑物阴影进行建筑物高度估算的平均精度达到了95.40%,证明了高分二号卫星影像在提取建筑物高度方面具有较高的可行性。     

全球地表覆盖数据辅助多源影像融合提取城市不透水面

本文提出了一种利用GlobeLand30数据辅助多源数据融合进行城市不透水面自动提取的方法。首先基于波段映射和小波变换的影像融合方法,融合哨兵二号和高分二号影像,获得同时具有较高空间分辨率和光谱分辨率的融合影像,其具有丰富的光谱特征和空间特征,有利于提升复杂城市区域的不透水面和非不透水面区分能力。然后利用GlobeLand30数据的类别信息自动获取初始分类样本,基于融合影像的丰富光谱信息构建多种植被指数、水体指数和建成区指数,对初始分类样本进行优化。最后利用优化后的训练样本,使用光谱、地物指数等特征训练分类器,实现城市不透水面的自动准确提取。本文以济南市2019年的高分二号和哨兵二号影像为试验数据,在时相、分辨率与影像均不同的GlobeLand30全球地表覆盖数据辅助下获得了总体精度优于92%的不透水面提取结果,验证了本文方法的有效性。     

基于SVM混合核的不透水面提取及扩张分析

利用支持向量机中单一核函数提取不透水面时存在时间复杂度高和提取精度低的问题。针对该问题,本文在径向基核函数的基础上引入多项式核函数,提出了一种混合核函数的不透水面提取方法。首先,由于属性不同的地物具有相似的光谱信息,在特征提取过程中将光谱信息与图像熵纹理信息相结合,可更加清楚地区分各地物类别。然后,在径向基核函数的基础上引入多项式核,可分别从局部和全局角度获取影像的特征信息,提高不透水面提取精度。最后,在不透水面提取结果基础上进行时空演变分析。本文利用阜新市主城区2009—2021年Landsat影像进行试验。结果表明,光谱与熵纹理相结合方法可改善特征提取效果,提升不透水面提取精度。与单一核函数提取方法对比,利用本文方法提取不透水面精度提高了2.5%,证明了该方法的有效性。     

组合核支持向量回归提取高光谱影像不透水面

由于城市地表组成的复杂性,基于单核函数的支持向量回归模型很难满足精度。本文结合空间-光谱组合核函数和支持向量回归,提出了一种提取高光谱影像不透水面丰度的改进算法。首先从高光谱遥感图像上提取波谱特征和多通道灰度共生矩阵空间纹理特征,选取研究区10%像元特征数据作为训练数据,以线性加权求和核为多核组合方式,建立结合光谱信息和空间信息的组合核支持向量回归模型。然后,用生成的回归模型预测未知像元不透水面丰度值。最后,对实验结果进行评价。在模拟数据试验中,本文算法比单核回归均方根误差平均降低1.4%,决定系数比单核回归平均提高0.6%。在Hyperion数据两组试验中,该算法比单核回归均方根误差平均降低1.8%,决定系数比单核回归平均提高11.7%。模拟和真实两种高光谱数据实验中,本文算法均得到了空间形态上更准确的不透水面结果,单核回归结果存在失真现象。研究结果表明:本文算法能够有效提取城市不透水面丰度,与单核方法相比有较明显的精度提升。     

基于WorldView-3的城市下垫面信息提取

采用长春市WorldView-3高分辨率遥感影像数据,利用面向对象方法建立多尺度网络层,同时基于不同地物的光谱、几何特征构建了eCognition中的分类规则集,提取了城市下垫面用地信息。最后通过混淆矩阵对分类结果进行精度评价,得到较好的分类效果。本次研究初步解决了阴影归类和建筑与硬质地面区分等问题,提高了城市下垫面信息提取精度。     

基于混合光谱分解的城市不透水面分布估算

城市化的一个重要表现就是不透水面分布比率的上升,城市内部不透水面分布是城市生态环境的一个重要指标。对于规模较大的大城市,采用高性价比的中等分辨率影像,获取不透水面的分布,是当前国际研究的一个热点。本研究利用Landsat 7的ETM 影像,在线性光谱分解的技术上,提取了上海市的不透水面分布并对其空间特征进行了分析。研究揭示,ETM 影像对于城市尺度的信息提取,其成本是较低的;对于城市地域来说,利用植被、高反照度、低反照度和裸露的土壤四种最终光谱端元的线性组合,可以较好地模拟ETM 波谱特征,而除了水面以外的高反照度、低反照度两种最终光谱端元,可以较好地表达城市不透水表面信息。结果显示,利用中等分辨率影像对上海中心城区不透水面分布提取的精度还是令人满意的,总体上,上海市不透水面分布比率较高,不透水面分布的空间差异进一步揭示了城市土地覆被空间结构以及城市空间扩展的差异性。     

基于Grabcut融合多源数据提取不透水面

快速城镇化是造成城市内涝加剧的重要原因之一。城市不透水面面积的显著增长是快速城镇化的直接表现。为了实时提供准确的城市不透水面区域情况,开展多源数据融合不透水面的提取研究,结合多光谱影像和高空间分辨率卫星影像丰富的光谱和空间信息、机载激光点云数据的高程和强度信息等优势,将基于图论的最优分割方法引入不透水面提取中,将不透水面的提取转换为不同数据源下的最优标记问题,通过多源特征融合获得更精确的提取结果。以广州市为例的研究结果表明,与传统遥感方法及单一数据提取法相比,这一方法的精度得到了明显提高,并且大大减少了提取过程中的人工干预,使算法具有更高的适应性和稳定性。     

基于Sentinel-2A和Landsat8的城市不透水面的提取

城市不透水面相关研究对城市的发展至关重要。为了提取城市不透水面盖度,通常采用线性光谱混合分析方法,在亚像元尺度上计算混合像元内的不透水面面积比例。由于端元光谱曲线存在误差,导致不透水面盖度提取精度较低,因而提出端元优化方案,通过Sentinel-2A影像选择比较纯净的端元,利用其光谱信息优化从Landsat8影像中选择的端元的光谱曲线,提高纯净像元光谱曲线精度。此外,结合解混结果优化方案,利用归一化植被指数(normalized differential vegetation index,NDVI)和干旱裸土指数(dry bare-soil index,DBSI),对解混结果进行优化。采用World View-2遥感影像进行样本验证,结果显示,该方法所提取不透水面盖度的精度比传统方法提高了20%,为端元选取和不透水面提取提供可靠的理论支持。     

不同传感器线性光谱分解反演不透水面的对比——以Landsat ETM+和EO-1 ALI为例

利用线性光谱分解模型,对同日过境的Landsat ETM+和EO-1ALI影像的不透水面信息反演结果进行对比研究,从提取精度、盖度精度两方面对两种传感器影像的不透水面反演能力进行对比。结果表明,ALI反演不透水面的能力优于ETM+,其提取总精度和Kappa系数均高于ETM+高;其均方根误差和系统误差的绝对值都小于ETM+。两者产生差异的原因在于ALI的光谱分辨率和辐射分辨率均高于ETM+。     

基于特征指数合成影像的不透水面提取和分析

不透水面作为表征一个地区城市化水平的关键性指标,其时空变化特征与城市建设密切相关.以济南市重要的泉水补给区南部山区为研究对象,根据植被-不透水面-土壤(V-I-S)城市地表组分模型选取了NDVI、BCI、SBAI、MNDWI和NDUI 5种遥感特征指数构成合成影像,利用最大似然法对特征指数合成影像进行分类获取不透水面信...     

特征筛选方法在高分辨率遥感影像建筑物提取中的应用

城市建筑物信息的自动提取是城市遥感的关键技术之一,由于阴影、下垫面等多因素干扰,建筑物信息提取精度往往不稳定。本文以Pleiades卫星影像为数据源,通过改进Relief F特征筛选方法,探讨建筑物信息提取精度提高的可行性。首先构建高分辨率遥感影像建筑物基础特征空间,然后利用改进型Relief F算法分析特征对象的权重并筛选出最优特征,最后用监督分类、无特征筛选分类和基于改进型Relief F特征筛选等3种方法分别提取研究区建筑物信息,并结合实地调查数据进行精度验证。结果表明,基于改进型Relief F特征筛选的分类方法提取精度能够达到91.34%,较其他两种方法提取精度分别提高了34.31%和5.62%,且运算速度快,自动识别效率高。     

利用复合光谱纹理特征进行城市边缘区不透水层提取

城市边缘区是城市化活跃的地区,在遥感影像上呈现出错综复杂、异质强的特征,对该地区不透水层的遥感提取带来一定的困难。本文引用扩展支撑向量机（extended support vector machines,ESVM）的软硬分类方法,结合光谱和纹理特征变化,对正在发生快速土地覆盖变化的城市边缘区的不透水层进行了提取。本文提出的方法将纹理变化作为有效信息表示城市边缘区的变异,并结合软硬分类方法的特征进行了不透水层纯净、混合像元的识别。研究区城市边缘区的试验结果表明,将纹理特征作为描述不透水层的空间特征指数能够将纯净、混合像元的识别效率提高10%,整体分类精度提高1%~5%,优于传统的软分类、硬分类方法。     

地表不透水面信息遥感的主要方法分析

全球范围内的城市扩张已使得大量的不透水面取代了以植被为主的地表自然景观,并给生态环境带来了明显的负面影响。不透水面作为一个影响生态环境的关键因子已引起了全社会的广泛关注。如何及时快速地掌握不透水面的空间分布信息,准确无误地量化不透水面的动态变化信息,是城市规划、环境保护亟待解决的现实问题。而遥感以其快速、大范围、多尺度、可重复的对地观测优势为解决这一问题提供了很好的解决方案。不透水面遥感研究经过近十几年的发展已有了长足的进步,多种针对不透水面信息反演的遥感创新技术与方法被相继提出。本文重点分析了这些针对遥感不透水面提出的创新技术,详细地指出了它们的优势和不足,并在此基础上总结了中国遥感工作者在不透水面遥感方面的研究工作。当前许多不透水面信息的反演精度都可以达到85%以上,但是不透水面与裸土和阴影信息的混淆仍是困扰不透水面信息精准反演的主要问题。由于大部分不透水面材料具有和砂土石同源的特点,因此在现有影像光谱分辨率不足的情况下,单靠光谱是很难进一步提高不透水面信息的反演精度,而借助LiDAR等其他辅助数据,将有望帮助解决这一瓶颈问题。     

纹理特征辅助遥感影像分类技术的探讨

随着卫星遥感影像分辨率的不断提高,人们希望从遥感图像中获得更多有用的数据和信息,所以遥感影像的分类变得尤为重要.但是基于光谱特征的影像分类精度过低,不能满足生产的需要,所以研究利用其他辅助手段来提高遥感影像的分类成为未来发展的一个重要方向.本文研究了利用灰度共生矩阵提取纹理特征的方法并对利用纹理特征影像辅助光谱特征分类的方法进行了研究.实验结果表明,纹理特征辅助光谱特征分类能够提高遥感影像分类的准确性和精度.