基于遥感的城市地表覆盖变化检测综述

遥感地表覆盖变化检测是地理国情常态化监测的内容,是地形图快速更新和信息化测绘的要求,也是提高测绘保障能力的具体体现。基于遥感技术的计算机辅助变化检测,不仅能够提高变化检测的效率,而且能为土地利用变化发现提供有效的监测手段。遥感影像变化检测是遥感研究的热点之一,呈现了数据多源化、过程一体化、方法智能化和知识综合化的发展趋势。归纳综述了城市遥感变化检测涉及的数据和方法,分析提出了当前遥感变化检测存在的一些问题,为相关研究和应用提供参考。     

遥感变化检测技术方法综述

遥感变化检测技术是当今遥感技术研究的热点问题之一,现有遥感变化检测技术方法很多,其分类方式也很多。本文在总结已有的变化检测方法的基础上,将变化检测方法分类为仅基于光谱的变化检测方法和结合辅助知识的变化检测方法。     

四种基于像元的地表覆盖变化检测方法比较

目前遥感影像变化检测方法很多,但各种方法的适用性各不相同。鉴于灰度差值、NDVI差值、灰度比值、主成分分析法在地表覆盖变化检测中应用广泛,文章从数据更新的角度对这4种方法进行了比较;在分析比较这4种方法的单一变化检测精度、检测结果的相同性、相异性的基础上探索了适合于30m分辨率TM地表覆盖变化检测的组合方法。实验结果表明,在地表覆盖变化检测中,有效组合方法能够取得比单一变化检测方法更好的效果;比值法并NDVI差值法并PCA差异法的检测结果中包含了4种单一检测方法所检测出的全部变化像元,达到了最高的生产者精度,比较适合于地表覆盖数据更新制图应用。     

面向地理国情地表覆盖变化检测的多尺度分割方法研究

地理国情监测已有的前期地表覆盖数据是重要的先验知识。本文结合地理国情监测地表覆盖变化检测生产需求,利用前期地理国情监测数据的地类边界和属性信息,引入局部方差变化率和全局优良值评价指标,从而确定不同地类的最优分割尺度,实现了基于不同地类的差异尺度分割。该方法减少了由单指标选择分割尺度的主观性,提高了最优分割尺度判断的效率,有效地减少了欠分割和过分割现象,整体效果优于仅采用单一分割尺度算法的分割结果,更有利于提取影像解译特征,为有专题图支持的变化检测相关研究提供有力支持。     

基于独立成分分析的高光谱变化检测

现有的变化检测方法并未充分研究变化前后高光谱遥感影像端元的联系,不能准确地分析地物变化信息。本文提出了一种基于独立成分分析的高光谱遥感影像变化检测方法,对差值影像进行基于偏斜度的独立成分分析,在不同组分图中分别显示单一地物的变化情况,进而提取变化信息。实验表明,该方法能够在获得较高检测率的同时维持较低的误检率,检测效果优于传统方法。     

独立成分分析的高光谱异常变化检测

遥感探测到的小目标信号一般是弱信号,利用传统的高光谱异常变化检测方法直接抑制背景来突出异常变化目标,往往导致小目标弱信号同时被抑制,造成目标探测率低、虚警率高。基于独立成分分析方法,研究了弱信号小目标的高光谱变化检测模型,该模型首先通过投影寻踪将异常变化影像投影到独立成分,突出异常变化目标,然后再抑制背景,从而达到异常变化目标和背景的有效分离。该模型可以有效降低虚警率,提高探测率。利用模拟数据和真实数据进行了精度验证,结果表明,利用模拟数据得到的探测精度为99%,利用真实数据得到的检测精度为86%,与传统异常变化检测算法相比,精度最高提高了9%。本文研究方法适用于弱信号小目标的高光谱异常变化检测。     

光谱—频域属性模式融合的高光谱遥感图像变化检测

高光谱作为“图谱合一”的遥感技术,具有精细光谱和空间影像的地面覆盖观测与识别优势。然而,高光谱遥感数据的光谱信息表征以及空间信息的利用给双时相高光谱遥感图像变化检测任务带来了巨大的挑战。为此,本文探讨了一种光谱—频域属性模式融合的高光谱遥感图像变化检测方法 SFDAPF(Spectral-Frequency Domain Attribute Pattern Fusion)。首先,设计一种基于梯度相关性的光谱绝对距离,使双时相高光谱遥感图像像元对的属性模式从光谱信息表征方面得到了逐级量化;其次,基于傅里叶变换理论提出一种变化像元属性模式显著性增强策略,从全局空间信息利用方面改善了变化与非变化属性像元对的可分性;再次,将全图属性模式显著性水平与梯度相关性的光谱绝对距离进行融合,得到变化检测的综合界定值;最后,依据虚警阈值确定双时相高光谱遥感图像变化检测的二值化结果。将本文提出的SFDAPF方法在开源的双时相高光谱遥感图像河流和农场数据集上进行了变化检测性能验证,结果表明SFDAPF方法能够优于传统的和最新的变化检测方法,变化检测的总体精度在河流和农场数据集上分别达到了0.96508和0.9...     

基于类别光谱变化规律的土地利用变化检测

提出了一种基于类别光谱变化规律的高分辨率遥感图像土地利用变化检测方法。在基准期土地利用图的辅助下,以像斑为图像分析的基本单位,分别建立不同类别像斑特征在基准期和检测期图像上的分布曲线,通过三次多项式拟合参数表征上述2个时期特征值分布曲线的变化规律,在此基础上获取变化阈值,进行迭代计算,找出不符合类别光谱变化规律的像斑,确认为发生变化的像斑。以武汉市局部2002年、2005年QuickBird多光谱图像及相同区域2002年土地利用图为实验数据,以绿地和城区为例,对上述方法进行验证,证明上述方法有效。     

面向地理国情监测的地表覆盖模糊融合变化检测

针对人工判读作业模式难以满足地表覆盖变化检测现势性要求的问题,该文围绕地理国情监测技术设计要求和实际生产特点,提出了一种基于地理国情先验知识的多特征模糊融合变化检测方法。利用地表覆盖像斑边界,根据地理国情监测不同地类的最小面积指标进行多尺度分割,获取同质的对象级像斑;构建像斑的光谱、纹理、形状等差值特征集;基于模糊集理论进行特征的自适应加权融合得到初步变化检测结果,根据技术规则剔除不符合要求的像斑,获得最终变化区域。结果表明,该方法能够根据不同地类变化有效地集成不同特征组合表征变化信息,可充分利用地理国情监测前期成果,具有较高的准确率。     

基于光谱和空域信息的城区变化检测方法研究

目前的变化检测研究主要集中在利用中、小比例尺遥感图像进行自然环境等方面的变化检测,如草场的季节性变化、灾害检测、植被分布变化、土地使用规划等。然而随着城市的快速发展,为了满足城区管理规划中对道路、房屋等变化细节进行分析的需求,并由于高分辨率卫星诸如Ikonos,Quickbird等的出现,我们有必要并且有可能开发出一套实用、有效的、可靠的城区自动变化检测系统。针对城市区域的复杂性及其高分辨率卫星影像的配准误差问题,本文提出一种通过模糊逻辑结合光谱特征和空域特征的城区变化检测方法,以期望减小图像整体及局部配准误差对变化检测精度的影响。     

基于线状图形相似性的道路数据变化检测

将相似性认知的距离观与特征集合观相结合,在获得相似性图形的差异距离的基础上,提出了线状地物的几何图形相似性度量模型;通过研究空间数据变化与相似度的关系,提出了基于线状地物相似度的空间数据变化检测算法,实现了基于线状图形相似性认知的道路数据变化发现与提取。     

基于GF-1多时相波段组合的武汉市土地利用变化检测

GF-1号卫星是中国自主研发的第一颗高分辨率遥感卫星。为分析该卫星影像数据在土地利用变化检测中的应用,本文以武汉主城区为研究对象,选取该地区2014年5月、2015年4月GF-1号卫星遥感影像,采用分类后比较与多时相波段组合直接分类两种方法分别进行试验,将二者实验结果比较分析。结果表明,多时相波段组合直接分类是一种更为有效的变化检测方法。相比分类后比较该方法不仅检测精度提高了将近17%,土地利用变化检测效果也明显改善。另外,对武汉主城区主要土地利用变化类型进行面积统计分析,对武汉主城区建设具有一定的指导意义。     

论土地利用与覆盖变化遥感信息提取技术框架

利用遥感技术提取土地利用和覆盖变化信息是一个多因素交织的复杂过程,为提高遥感信息提取的自动化和定量化水平,本文针对变化信息本身的内涵(容)将这一复杂过程分解为变化位置发现、变化区域提取、变化类型确认以及变化信息表示等过程,构建了基于遥感技术的土地利用与覆盖变化信息提取技术流程,并对流程中的关键技术和方法进行了论述和探讨。本文的技术方法能有效应用于多时相遥感数据或已有土地利用与覆盖数据支持下的单一时相遥感数据情况下的变化信息提取。     

基于Landsat卫星的沈阳市土地覆盖变化研究

土地利用、土地覆盖变化(LUCC)是当今遥感领域的重要研究课题,也是地学界、生物学界、环境学界等关注的热点问题之一^[1]。特别是对大城市的土地类型变化研究,有利于揭示城市化进程中的空间变化规律。本文利用沈阳市1990、2000、2010年3期Landsat系列卫星数据,经过空间配准、相对辐射校正、图像增强等预处理,分别对3期遥感图像进行监督分类,提取土地类型转换信息并进行景观格局分析^[2]。结果表明,20年间沈阳市土地覆盖变化主要表现为耕地和建筑用地的转变,其中1990—2000年,耕地和建筑用地均有缓慢增加;而2000—2010年耕地面积明显减少,建筑用地显著增加,城市化进程大大加快。本文成果对沈阳市未来城市规划和可持续发展相关政策的制定有一定的参考价值。     

单一时相遥感数据土地利用与覆盖变化自动检测方法

针对基期(用于该研究的前一时期数据)T1仅拥有土地利用和覆盖图件(矢量格式)而另一期T2拥有遥感数据的情况,构建了基于知识引导的土地利用和覆盖变化自动检测技术与方法。T1时期土地利用与覆盖与T2期遥感数据在配准叠加情况下,以T1完整的土地利用与覆盖类型图斑为单元构建土地各类别遥感数据知识库,然后以图斑单元或以像素为单位计算遥感影像特征统计量,通过与知识库相关数据的比较与匹配自动检测出变化并识别出相应的土地利用与覆盖类别。文章最后通过试验验证了该方法的有效性。     

基于TM图像的农业区域植被覆盖变化检测

以交叉相关光谱匹配(cross correlogram spectral matching,CCSM)为基础构建土地覆盖变化强度指标,利用华北农业植被覆盖区2期不同时相的TM图像计算该地区土地覆盖变化强度图像.认为变化强度图像任意二阶邻域中像素的变化强度服从隐马尔可夫模型,用马尔可夫随机场-最大后验估计(maxium a psteriori estimationof markov random field,MRF - MAP)的方法从变化强度图像中提取植被变化区域.实验证明:该方法能够有效识别各种外源噪声造成的农业植被覆盖区域同物异谱的现象,可准确提取植被变化区域;但对于水体区域存在误判现象.     

像斑的遥感影像土地利用变化检测方法

提出一种有GIS数据辅助的以像斑为对象基于不同时相非同源的遥感影像变化检测方法,这种方法属于特征级的变化检测,以影像像斑为对象,突破了以往变化检测对数据的要求与限制,改变了传统检测方法对于遥感影像数据的要求同源的模式.通过土地利用图和遥感影像的精确配准套合获取影像像斑,再利用聚类算法按类别进行样本的更新,利用更新后的样...     

一种基于几何特征的面状地理要素变化检测方法

利用分类方法快速更新基础地理信息数据是保持其现势性的一种重要方法,分类后变化检测是其中一个难点.文章提出一种基于几何特征的面状地理要素变化检测方法,将提取的面状地理要素与待更新要素对比,计算两者多边形质心距离、形状系数、周长和面积相似程度等几何特征来判断要素是否发生变化,从而进行更新.实验结果表明,该方法能处理分类后多...     

光谱与纹理信息复合的土地利用/覆盖变化动态监测研究

及时、准确地动态监测地球表面特性对于掌握人类和自然现象之间的关系和相互作用是非常重要的,并为决策的制定奠定基础。传统卫星遥感的土地利用/覆盖变化动态监测方法基本上可分为光谱直接比较法和分类比较法两大类,但两类方法多以光谱信息为基础来提取土地利用变化信息,而忽略纹理等空间信息。本研究中,基于变化向量分析方法,将光谱与纹理两种信息复合计算变化强度,并采用支持向量机法提取变化/非变化信息,通过监督分类确定变化区域内的土地利用/覆盖类型的转移方向,完成土地利用/覆盖动态监测。最后,利用两期TM数据,对海淀区1997—2004年进行土地利用/覆盖变化动态监测,以验证该方法。该方法较分类后比较法在一定程度上减少误差积累,降低了错误类型转化,提取的变化信息总精度达到93.1%,Kappa为0.862,比利用光谱信息双窗口变步长的变化向量分析方法提取出土地利用/覆盖变化信息的精度有一定的提高(总体精度为90.2%,Kappa为0.804)。纹理信息与光谱信息复合,能够更大拉开变化/非变化信息之间的距离,有利于动态变化信息的提取,是该方法能够有效提取变化信息的关键所在。     

基于变化向量分析（CVA）的土地利用／覆盖变化动态监测（Ⅱ）—变化类型的确定方法

以光谱直接比较为基础的变化向量分析法是一种非常有效的土地利用／覆盖变化动态监测方法，在双窗口变步长阈值搜寻方法确定变化和非变化像元的基础上，提出了参考图像分类并结合变化向量方向余弦最小距离分类的变化类型确定方法，同时应用该方法在北京市海淀区进行了实验研究，得到了较为理想的结果。变化类型的判断精度达到70％以上，显示了新方法的优越性和技术可行性。