專(zhuān)利名稱(chēng)：多源時(shí)空數(shù)據(jù)協(xié)同的高精度土地利用遙感更新技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該技術(shù)所屬領(lǐng)域?yàn)檫b感與地理信息技術(shù)
二、背景技術(shù)
土地利用更新是指土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中空間數(shù)據(jù)及其地類(lèi)屬性數(shù)據(jù)的更新。目前更新方法主要有1、利用常規(guī)調(diào)查技術(shù)在野外進(jìn)行調(diào)查，并在室內(nèi)建庫(kù)進(jìn)行更新。這種方法精度高，但卻費(fèi)工費(fèi)時(shí)，而且沒(méi)有充分利用原有資源數(shù)據(jù)；2、在將前期土地利用數(shù)據(jù)與后期遙感影像進(jìn)行配準(zhǔn)疊加的模式下，采用人機(jī)交互目視判讀的方法更新地塊空間數(shù)據(jù)及其地類(lèi)數(shù)據(jù)[1]。這種方法雖然對(duì)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行了利用，且精度較高。但卻由于直接比較的困難，使得大量有用信息被計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析所忽視，因而費(fèi)工費(fèi)時(shí)；3、充分利用遙感數(shù)據(jù)的各種特征、各種輔助數(shù)據(jù)和多種分類(lèi)器來(lái)進(jìn)行分類(lèi)[2_5]，從而得到地塊的空間數(shù)據(jù)及其地類(lèi)屬性數(shù)據(jù)。這種方法盡管可以利用原有GIS數(shù)據(jù)來(lái)選取訓(xùn)練樣地，但是，這些分類(lèi)方法多是基于像素的分類(lèi)，在利用知識(shí)和特征方面存在著較大的局限性。此外，還難以繼承未發(fā)生變化的地塊信息。未來(lái)十年，我國(guó)將源源不斷地獲取大量的新型對(duì)地觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，“數(shù)據(jù)過(guò)?！倍靶畔⒇毞Α钡拿軐⑷找嫱怀觥Ｍ恋刭Y源是極其寶貴的資源，及時(shí)準(zhǔn)確掌握土地資源的現(xiàn)狀是合理利用土地資源的重要保障。然而，利用常規(guī)技術(shù)達(dá)到這樣的目的需要投入巨大的人力、物力和財(cái)力。遙感技術(shù)在土地利用中已有多年的應(yīng)用，但在解決低投入、高精度土地利用數(shù)據(jù)遙感更新方面，還有很多關(guān)鍵技術(shù)有待突破。為此，我們發(fā)明了一套技術(shù)方法，利用該技術(shù)方法可實(shí)現(xiàn)利用前期土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)(矢量型)和后期遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)后期土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的高精度更新，該發(fā)明為國(guó)土資源部門(mén)提供了土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)更新的先進(jìn)技術(shù)方法，也為解決多源時(shí)空數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題找到了突破口。參考文獻(xiàn)[I]谷璟璟，呂顯洲.森林資源現(xiàn)狀調(diào)查影像目視判讀方法的探討.信息技術(shù)，2005，(4) :104-105.[2]趙萍,傅云飛,鄭劉根,馮學(xué)智和B. Satyanarayana.基于分類(lèi)回歸樹(shù)分析的遙感影像土地利用/覆被分類(lèi)研究.遙感學(xué)報(bào)，2005，9 (6) :708-716.[3]朱運(yùn)海，張百平等.土地利用/覆被變化遙感檢測(cè)方法與應(yīng)用分析.地球信息科學(xué)，2007年03期.[4]Franklin, S. E. , Peddle, D. R. , Dechka, J. A. , and Stenhouse, G. B.,Evidentialreasoning with Landsat TM, DEM and GIS data for land coverclassification in supportof grizzly bear habitat mapping. International Journalof Remote Sensing,2002, (23) :4633 4652.[5]楊存建，魏一鳴，陳德清，黃詩(shī)峰.基于遙感的洪水災(zāi)害承災(zāi)體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的提取方法探討.災(zāi)害學(xué)，1998，13 (4) 1-6.[6]張繼賢，楊貴軍.單時(shí)相遙感數(shù)據(jù)土地利用與覆蓋變化自動(dòng)檢測(cè)方法，遙感學(xué)報(bào)，2005，9 (3) :294-299.
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一套基于前期土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)(矢量型)和后期遙感數(shù)據(jù)(如LANDSATTM)，通過(guò)知識(shí)發(fā)現(xiàn)和推理，實(shí)現(xiàn)后期土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)高精度遙感更新的技術(shù)方法。主要包括基于地類(lèi)的地塊內(nèi)部分異遙感特征知識(shí)的發(fā)現(xiàn)及其知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建技術(shù)；基于地塊內(nèi)部分異遙感特征知識(shí)的地塊內(nèi)部分異檢測(cè)技術(shù)；基于地塊最大標(biāo)準(zhǔn)差的遙感特征數(shù)據(jù)直方圖多級(jí)谷值點(diǎn)的地塊內(nèi)部分割；基于多元遙感特征、形狀特征以及空間關(guān)系的小地塊空間優(yōu)化綜合技術(shù)；基于直接繼承或內(nèi)部分割或空間優(yōu)化綜合的地塊空間數(shù)據(jù)更新技術(shù)；基于無(wú)內(nèi)部分異地塊的，按地類(lèi)的地塊地類(lèi)屬性遙感特征知識(shí)的發(fā)現(xiàn)及其知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建技術(shù)；基于地塊地類(lèi)屬性遙感特征知識(shí)的地塊地類(lèi)屬性變化檢測(cè)技術(shù)；基于無(wú)地類(lèi)屬性變化的地塊的樣本知識(shí)庫(kù)構(gòu)建技術(shù)；基于鄰域樣本知識(shí)的多特征協(xié)同的地塊地類(lèi)屬性獲取技術(shù)；基于地類(lèi)屬性變化先驗(yàn)性知識(shí)的地塊地類(lèi)屬性修正技術(shù)；基于空間相鄰、地類(lèi)一致、行政屬性一致的地塊綜合技術(shù)。該發(fā)明技術(shù)已應(yīng)用于四川石棉縣的土地利用GIS數(shù)據(jù) 庫(kù)的遙感更新。所使用的數(shù)據(jù)為1994年I : 5萬(wàn)的土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)(矢量型)和2002年4月21日成像的LANDSAT TM遙感數(shù)據(jù)。其結(jié)果為地塊內(nèi)部分異檢測(cè)的精度達(dá)到97%，地類(lèi)變化檢測(cè)精度達(dá)到96%，空間數(shù)據(jù)更新精度達(dá)到93%，屬性數(shù)據(jù)更新精度達(dá)到92%，其地類(lèi)數(shù)達(dá)到26。該方法具有自動(dòng)、快速、低成本和高精度的特征。該技術(shù)方法還可應(yīng)用于其它區(qū)域或其它時(shí)段的土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的遙感更新，也適用于基于其它遙感數(shù)據(jù)(如CBERS、IK0N0S、Quickbird、AL0S、SP0T和北京一號(hào)小衛(wèi)星等)的土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的遙感更新。
四

圖I是該發(fā)明的技術(shù)路線(xiàn)，圖2是該發(fā)明在四川石棉縣的應(yīng)用結(jié)果。
五具體實(shí)施例方式以四川省石棉縣為例，對(duì)該發(fā)明的具體實(shí)施方式
說(shuō)明如下I、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備收集前期土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)(矢量型)和后期遙感數(shù)據(jù)(如2002年4月21日成像的LANDSAT TM數(shù)據(jù))。在該土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中包含有土壤類(lèi)型信息。2、利用遙感數(shù)據(jù)的紅光波段和近紅外波段生成植被指數(shù)數(shù)據(jù)。3、幾何配準(zhǔn)以前期土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)為基準(zhǔn)，利用多項(xiàng)式幾何校正模型，將遙感特征數(shù)據(jù)(如LANDSAT TM的波段I到5，波段7以及植被指數(shù))與其進(jìn)行幾何配準(zhǔn)。4、基于地塊統(tǒng)計(jì)出各地塊在各遙感特征數(shù)據(jù)上的均值遙感特征(M1J)和標(biāo)準(zhǔn)差遙感特征(STDy)。其中，i為遙感特征數(shù)據(jù)號(hào)，j為地塊號(hào))。并將其記入土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)A的特征屬性表中。5、在地塊STDm遙感特征的基礎(chǔ)上，按地類(lèi)統(tǒng)計(jì)出地塊STDi,,的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，分別以Msttu和^,表示。在此基礎(chǔ)上，生成地塊內(nèi)部分異遙感特征知識(shí)庫(kù)。6、利用地塊內(nèi)部分異遙感特征知識(shí)，對(duì)K地類(lèi)的每一地塊，對(duì)于所有的遙感特征，當(dāng)STDuk< mSTD1J1 +時(shí)，n可以在0到I之間取值，在我們的試驗(yàn)中，n取值為o. 6，則該地塊內(nèi)部無(wú)分異，直接繼承原空間數(shù)據(jù)。否則，該地塊內(nèi)部有分異，并在其特征屬性表中對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注。7、在內(nèi)部無(wú)分異地塊的基礎(chǔ)上，按地類(lèi)統(tǒng)計(jì)出地塊Mi, k的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，分別以
V、.表示。在此基礎(chǔ)上，生成地類(lèi)屬性變化遙感特征知識(shí)庫(kù)。8、利用地類(lèi)屬性變化遙感特征知識(shí)，對(duì)K地類(lèi)的每一無(wú)內(nèi)部分異的地塊，對(duì)于其所有遙感特征，當(dāng)-Hx STDm< M1, Jjk <+ W x Afa時(shí)，n可以在0
到2之間取值，在我們的試驗(yàn)中，n取值為I. 5，則該地塊地類(lèi)屬性無(wú)變化，直接繼承原地類(lèi)屬性數(shù)據(jù)，并將其作為樣本知識(shí)庫(kù)。對(duì)于地類(lèi)屬性已變的地塊，將其地類(lèi)屬性設(shè)置為空。
9、就內(nèi)部有分異的地塊，選取其標(biāo)準(zhǔn)差最大的遙感特征，獲取其直方圖，并對(duì)其直方圖作平滑處理，選出其一半最大頻數(shù)下的多級(jí)谷值點(diǎn)，當(dāng)谷值點(diǎn)間的像元數(shù)小于10時(shí)，將其就近歸并。利用歸并后的谷值點(diǎn)對(duì)其地塊作分割，并更新該地塊的空間數(shù)據(jù)，并將其地類(lèi)屬性設(shè)置為空。 10、對(duì)新地塊，按照如上第4步，獲取其在各個(gè)遙感特征數(shù)據(jù)上的均值遙感特征(Mlij)和標(biāo)準(zhǔn)差遙感特征(STDm),并將其記入土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的特征屬性表中。計(jì)算出各地塊的形狀指數(shù)，并將其記入到特征屬性表中。11、除形狀指數(shù)小于12且面積大于8000平方米的地塊外，對(duì)于面積小于10000平
方米的地塊，按照空間相鄰，遙感特征相似的原則進(jìn)行合并綜合，并獲得綜合后地塊的空間數(shù)據(jù)。12、對(duì)新地塊，按照如上第4步，獲取其在各個(gè)遙感特征數(shù)據(jù)上的均值遙感特征(Mlij)和標(biāo)準(zhǔn)差遙感特征(STDi, P，并將其記入土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的特征屬性表中。13、對(duì)地類(lèi)屬性為空值的地塊，在其周?chē)欢ǚ秶?如3KM)內(nèi)，將其遙感特征與樣本知識(shí)庫(kù)中的各已知地類(lèi)屬性的地塊進(jìn)行遙感特征相似性比較，將相似性在一定范圍內(nèi)，且最相似的地塊的地類(lèi)屬性賦值給該地塊，從而實(shí)現(xiàn)該地塊地類(lèi)屬性的更新。通過(guò)循環(huán)，直到所有地塊的地類(lèi)屬性數(shù)據(jù)都得到更新。14、利用地類(lèi)變化先驗(yàn)性知識(shí)，對(duì)地塊地類(lèi)屬性進(jìn)行進(jìn)一步的修改完善。15、按照空間相鄰、土壤結(jié)構(gòu)類(lèi)型相近、各級(jí)行政屬性一致的原則，對(duì)地塊進(jìn)行進(jìn)一步的綜合，并得到更新后的土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)。
權(quán)利要求
1.一種多源時(shí)空數(shù)據(jù)協(xié)同的高精度土地利用遙感更新技術(shù)。其主要特征本發(fā)明提出了一套基于前期土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)(矢量)，以及后期遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)后期高精度土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)遙感更新的技術(shù)。利用該技術(shù)方法已實(shí)現(xiàn)了基于2002年4月21日成像的LANDSATTM的四川石棉縣土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的遙感更新。經(jīng)精度評(píng)價(jià)，其空間數(shù)據(jù)更新精度達(dá)到93 %，屬性數(shù)據(jù)更新精度達(dá)到92 %，其地類(lèi)數(shù)達(dá)到26。該方法具有自動(dòng)、快速、低成本和高精度的特征。
2.權(quán)利I要求基于地塊統(tǒng)計(jì)出各地塊在各個(gè)遙感特征數(shù)據(jù)(包括遙感原生數(shù)據(jù)及其派生數(shù)據(jù)，如LANDSAT TM的波段I到5，波段7以及植被指數(shù)等)上的遙感特征=M1,:和STDi,j(M為均值、STD為標(biāo)準(zhǔn)差、i為遙感特征數(shù)據(jù)號(hào)，i為地塊號(hào))。并將其記入土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)A的特征屬性表中。
3.權(quán)利2要求在地塊STDi,j遙感特征的基礎(chǔ)上，按地類(lèi)統(tǒng)計(jì)出地塊STDi, k的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，分別以表示。在此基礎(chǔ)上，生成地塊內(nèi)部分異遙感特征知識(shí)庫(kù)。利用該知識(shí)庫(kù)，對(duì)K地類(lèi)的每一地塊，對(duì)于所有的遙感特征，當(dāng)STDu,k < MSTD. k +n X SfDvn^時(shí)，n可以在0到丄之間取值，在我們的試驗(yàn)中，n取值為0. 6，則該地塊內(nèi)部無(wú)分異，直接繼承原空間數(shù)據(jù)。否則，該地塊內(nèi)部有分異，并在其特征屬性表中對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注。
4.權(quán)利3要求在內(nèi)部無(wú)分異地塊的基礎(chǔ)上，按地類(lèi)統(tǒng)計(jì)出地塊Mi,,的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，分別以^表示。在此基礎(chǔ)上，生成地類(lèi)屬性變化遙感特征知識(shí)庫(kù)。利用該知識(shí)庫(kù)，對(duì)K地類(lèi)的每一無(wú)內(nèi)部分異的地塊，對(duì)于其所有遙感特征，當(dāng)uMuk ~nx STDm k < M1, hk < Mm.+ nx時(shí)，n可以在0 到 2之間取值，在我們的試驗(yàn)中，n取值為I. 5，則該地塊地類(lèi)屬性無(wú)變化，直接繼承原地類(lèi)屬性數(shù)據(jù)。并將其作為樣本知識(shí)庫(kù)。對(duì)于地類(lèi)屬性已變的地塊，將其地類(lèi)屬性設(shè)置為空。
5.權(quán)利4要求就內(nèi)部有分異的地塊，選取其標(biāo)準(zhǔn)差最大的遙感特征數(shù)據(jù)，獲取其直方圖，并對(duì)其直方圖作平滑處理，選出其一半最大頻數(shù)下的多級(jí)谷值點(diǎn)，當(dāng)谷值點(diǎn)間的像元數(shù)小于10時(shí)，將其就近歸并。利用歸并后的谷值點(diǎn)對(duì)其地塊作分割，并更新該地塊的空間數(shù)據(jù)，并將其地類(lèi)屬性設(shè)置為空。
6.權(quán)利5要求除形狀指數(shù)小于12且面積大于8000平方米的地塊除外，對(duì)于面積小于10000平方米的地塊，按照空間相鄰，遙感特征相似的原則進(jìn)行合并綜合，并獲得綜合后地塊的空間數(shù)據(jù)。
7.權(quán)利6要求對(duì)地類(lèi)屬性為空的地塊，在其周?chē)欢ǚ秶?如3KM)內(nèi)，將其遙感特征和與樣本知識(shí)庫(kù)中的各已知地類(lèi)屬性的地塊進(jìn)行遙感特征相似性比較，將相似性在一定范圍內(nèi)，且最相似的地塊屬性賦值給該地塊，從而實(shí)現(xiàn)該地塊地類(lèi)屬性的更新。通過(guò)循環(huán)，直到所有地塊的地類(lèi)屬性數(shù)據(jù)都得到更新。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多源時(shí)空數(shù)據(jù)協(xié)同的高精度土地利用遙感更新技術(shù)方法，所涉及技術(shù)領(lǐng)域?yàn)檫b感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)。該方法解決了多源時(shí)空數(shù)據(jù)協(xié)同的土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)遙感更新的關(guān)鍵技術(shù)。利用該發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)在前期土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)(矢量型)、后期遙感數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)知識(shí)發(fā)現(xiàn)和推理，更新得到后期高精度土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)。該方法具有自動(dòng)、快速、低成本和高精度的特征。在四川石棉縣的應(yīng)用表明，利用2002年的LANDSAT TM數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，其空間數(shù)據(jù)更新精度達(dá)到93％，屬性數(shù)據(jù)更新精度達(dá)到92％，其地類(lèi)數(shù)達(dá)到26。該發(fā)明適用于多種衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)(如LANDSAT TM、CBERS、IKONOS、Quickbird、ALOS、SPOT和北京一號(hào)小衛(wèi)星等)，適用于其它區(qū)域或其它時(shí)段的土地利用GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的更新。
文檔編號(hào)G06F17/30GK102622345SQ20111002804
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者楊存建 申請(qǐng)人:任小蘭, 何昭霞, 倪靜, 楊存建, 王琴, 趙曦琳, 郭春梅