图像分类中基于核映射的光谱匹配度量方法

针对多光谱遥感数据特点利用SSV匹配技术改进高斯核函数得到新的KSSV函数,然后在由KSSV核函数映射得到的高维空间中利用SAM匹配技术代替基于欧氏距离的相似性度量。如此可以充分挖掘多光谱影像中的波谱特征信息并有效利用,提高模式识别方法应用的有效性。将此方法分别应用于非监督分类(k均值)与监督分类(最小距离、SVM)的试验表明,改进度量的分类方法可显著提高地类间的可区分度并有效降低类内的不一致性,更有效针对多光谱遥感影像中的地物类型,获得较好的精度改进。

目标网格编码支持的多源遥感影像地理匹配

为了解决多源遥感影像快速匹配问题,针对传统影像配准对控制点及基准影像依赖的问题,引入剖分网格体系建立目标网格特征编码,将网格区域内的地物目标空间分布与地理位置关联,实现多源遥感影像或数据的地理匹配。在分析了图像配准和遥感影像匹配形式局限基础上,提出了目标网格编码的概念,重点对地物编码方案进行了设计,建立多层次基准编码。实际应用时从待匹配遥感影像中提取定位目标的空间分布信息,通过多尺度编码匹配定位过程可以将影像定位至相应网格,从而实现多源影像的相互匹配。基于本方法在江苏及四川进行了多源遥感影像匹配试验,结果表明该方法在信息有限情况下也能求得较高匹配精度,从而为影像匹配提供了新的思路与方法,也进一步拓展了剖分网格的应用。

图谱迭代反馈的自适应水体信息提取方法

提出图谱迭代反馈模型,结合空间聚合图特征和非线性谱映射结果的优点,设计图谱迭代反馈机制,并通过自适应信息计算方法自动地调整提取参数,逐步地计算逼近正确的专题区域边界。结合水体提取案例,在分析当前较为有效的水体提取方法基础上,选取ETM影像作为数据源,提出图谱迭代反馈的自适应水体信息提取(WERSTP)理论与方法。试验比较表明,该方法能充分结合基于指数和基于光谱分类提取方法的优势并成功融入水体空间分布特征,获得较好的提取效果。

大规模遥感影像Mean Shift并行分割优化算法研究

传统影像分割算法在面对大规模遥感影像时普遍存在分割效率低、内存消耗大等情况(甚至无法分割),同时"分块线"的存在也制约了许多算法的并行化改造.本文利用Mean Shift均值漂移分割算法针对遥感影像进行并行化处理,有效地解决了大影像分割时所存在的问题,同时改进影像光谱空间的构建,在均值漂移滤波和合并的过程中分别对影像采用分区缓冲的策略,解决了并行化分割算法处理时会产生的"分块线"问题.在多种遥感数据上的分割实验及与e Cognition软件的对比实验表明,本文所提出的并行分割优化算法可以在不影响分割精度的情况下有效提高分割效率,一定程度上满足实际生产及应用需求.

端元匹配的遥感影像地物自适应光谱表征

光谱信息是遥感识别地物的依据,而目前已发展的典型地类的光谱指数模型有限,波谱库中的标准地物类型及其普适性也是有限的.鉴于此,提出一种端元匹配的地物自适应光谱表征方法,通过选取贴合影像本身的端元,并综合光谱角和距离度量对影像和端元光谱进行综合匹配.通过ETM+(Enhanced Thematic Mapper)影像上对植被、水体与美国地质调查局(United States Geological Survey,USGS)波谱库及归一化植被/水体指数的对比实验,及阴影、裸地等的验证实验,证实了该方法的有效性和普适性.

复杂背景下多样水体遥感自动解译

由于各种背景因素(云、阴影等)的干扰及水体本身在光谱、形状上的复杂变化,遥感水体信息提取技术无法完全实现业务化自动运行。以复杂背景下多样水体的自动解译为目标,按实用化要求提出了新的水体提取流程,通过整合自适应分割与分类、局部迭代、矢量化后处理等关键技术,初步完成了基于Landsat TM/ETM影像的大规模水体信息自动提取。选取了两个较典型的研究区域:巴尔喀什湖地区和长江中下游地区,应用本文方法对两个地区各8景TM影像进行水体自动提取,发现可以有效克服薄云、阴影、水质变化等干扰因素,取得了较好的提取效果,能初步满足实际应用需求。

多分辨率协同遥感地块利用分类方法研究

遥感影像的获取受卫星、传感器设计、大气条件等限制,往往难以兼顾时间和空间分辨率,导致由单一来源数据提取遥感信息难度较大,难以满足各种应用对信息时空分辨率越来越的需求。由此出发考虑多源数据的不同优势及其随着周期运行不断积累的多时相数据,设计了基于地块协同多种分辨率甚至多源数据的分类方法。以高空间分辨率影像为地理基准构建稳定地块分布图,这些地块在一定时间内边界与基本属性相对稳定,由此可以协同利用高时相分辨率数据反映地块在不同时间点的光谱表现,分别计算形成地块的时相变化特征,根据地类各自特点选择不同方法与数据特征完成解译,总体上以地块级监督分类完成具体类别解译。在2014年夏季青海玛多的米级土地利用分类实验中,整个植被生长季的中分数据以及冬季无云高分数据被收集用于协同分类,在解决多数据匹配、合成的基础上充分利用各数据的优势,对建设用地、水体、植被等关键类别区别对待,整体上取得了较高的解译精度,不但有效克服传统视角下数据源不足、信息缺失等问题完成了全县解译,而且保证了土地信息的时空分辨率,为生态调查与保护提供了最新最全数据支持。

迁移学习支持下的遥感影像对象级分类样本自动选择方法

面向遥感大范围应用的目标,自动化程度仍是遥感影像分类面临的重要问题,样本的人工选择难以适应当前土地覆盖信息自动化提取的实际应用需求。为了构建一套基于先验知识的遥感影像全自动分类流程,本文将空间信息挖掘技术引入到遥感信息提取过程中,提出一种面向遥感影像对象级分类的样本自动选择方法。该方法通过变化检测将不变地物标示在新的目标影像上,并将过去解译的地物类别知识迁移至新的影像上,建立新的特征与地物关系,从而完成历史专题数据辅助下目标影像的自动化对象级分类。试验结果表明,在已有历史专题层的图斑知识指导下,该方法能有效地自动选择适用于新影像分类的可靠样本,获得较好的信息提取效果,提高了对象级分类的效率。

采用高斯归一化水体指数实现遥感影像河流的精确提取

河流精确提取在水资源调查、利用、变化检测及大型水利设施建设评估等方面具有非常重要的意义。通常的河流信息提取方法受影像中云、冰雪、山体阴影、大型湖泊等的干扰较大,大范围的适用性有限。以Landsat卫星遥感数据为数据源,在归一化差异水指数(NDWI)计算的基础上,首次提出采用高斯归一化水体指数(GNDWI)提取河流水体的模型,使得指数能够更大程度上保证河流提取的连续性,并通过DEM的辅助实现了其他干扰信息的去除。通过对伊犁河试验区河流信息提取的实验结果表明,该方法除了能够实现对复杂多样的河流水体信息进行自动提取外,还可有效去除阴影等信息的混淆,并能够达到较高的河流提取精度。

基于mRMR特征优选算法的多光谱遥感影像分类效率精度分析

在遥感图像分类过程中,进行合理的特征优选操作,将有助于提高分类器的分类效率及精度。本文以淮南地区资源三号卫星多光谱遥感影像数据为例,采用二值离散化、直方图法及F统计法3种计算方法实现m RMR(minimal-RedundancyMaximal-Relevance)算法特征优选过程。根据3种方法所得到的特征优选结果及全部特征信息,分别采用C5.0决策树和K近邻2种分类器进行图像分类实验,并利用目视解译方法对不同方法组合的影像分类结果进行精度验证。实验结果表明,利用3种计算方法实现m RMR特征优选算法对不同分类器的影响程度不同:在分类效率方面,C5.0决策树分类器可提高36.84%,而K近邻分类器可提高72.05%;在分类精度方面,C5.0决策树分类器能保证分类精度大致不变,总体分类精度可提高0.60%,Kappa系数可提高0.80%,而K近邻分类器总体分类精度可提高4.34%,Kappa系数可提高7.90%。

等值线追踪生成等值面过程中的算法策略

等值面的生成可以通过等值线追踪来实现。现有的等值线追踪方法不但缺少对具体等值线追踪策略的详细描述,而且还缺少岛的拓扑关系分析及等值面属性的判断过程。本文通过分析等值面生成过程中的等值线追踪方法,提出了一种基于等值线追踪的等值面快速生成算法,并给出了追踪过程中的几个重要的数据结构及追踪策略,能够解决多种情况下的等值面生成问题,并重点对等值线追踪过程中岛的处理、拓扑关系分析、等值面属性判断等方面进行剖析。实际应用表明,该算法具有较好的鲁棒性,并能得到较高的算法追踪效率。

面向对象的遥感影像多层次迭代分类方法研究

在分析应用对象化分析方法改进高空间分辨率遥感影像分类技术的基础上,提出了应用多层次的迭代模型改进分类流程,在自适应的迭代过程中有效地结合主导类别选择、高级对象特征计算、基于互信息的特征选择等技术提高对象化方法中丰富的影像特征的利用效率,同时,有机结合像素级特征信息弥补对象化特征。通过对SPOT5影像与航空影像两种数据源的土地覆盖分类的实验表明,该方法可以有效地提高分类精度。

土地执法监察中的高分辨率遥感及变化检测技术

土地执法监察是国土资源管理业务体系的重要内容之一。当前土地执法监察工作多以传统手工作业为主,工作效率需要提升。随着高空间分辨率遥感技术的发展,借助高分辨率遥感影像实施准确、快速的土地执法监察成为可能。本文在分析实际应用需求和最新技术发展的基础上,以国产高分辨率影像提取违法建设用地为出发点,选取浙江省台州市黄岩区为研究区,开展县区级土地执法监察应用研究。借助面向对象变化检测与建设用地提取等技术获取了疑似的违法新增建设用地,取得了较好的应用效果,为挖掘国产高分辨率卫星影像在土地执法监察应用方面的潜力提供了参考。

遥感图谱认知理论与计算

近年来,随着对地观测技术的迅猛发展,卫星遥感领域逐渐进入了大数据时代。针对当前遥感应用的需求和特点,开展与视觉认知相结合的高分辨率遥感认知理论与方法研究是可行且必要的。在此背景下,受地学信息图谱思想启发,本文对遥感认知领域的图谱问题进行了研究,系统地提出了遥感图谱认知理论与计算方法论,旨在规范高分辨率遥感信息提取流程,构建精细化、定量化、智能化、综合化相结合的遥感信息解译模型。整套方法体系由横向"自底向上的分层抽象"和纵向"自顶向下的知识迁移"2个方向上的认知计算组成,分别对应了"由谱聚图"、"图谱协同"和"认图知谱"3大图谱转化过程。论文涉及的概念、基本思想、关键技术及难点问题进行了重点分析,强调综合利用大数据、逐步融入知识来实现不同层次的遥感知,以期为数据源极大丰富条件下的遥感信息解译提供新的视角。

集成夜间灯光数据与Landsat TM影像的不透水面自动提取方法研究

利用多源遥感数据提取不透水面信息是一个重要的研究方向。针对以往研究中多需要人工选取不透水面样本进行模型训练的问题,本文通过整合夜间灯光遥感与Landsat TM影像中的空间和光谱信息实现了不透水面覆盖范围(Impervious Surface Area,ISA)的自动提取。首先根据夜间灯光的分布来定位ISA聚集的城市区域的位置,分别在城市区域内部和外部自动提取可靠性高的ISA及非ISA样本,然后通过迭代分类提取城市区域的ISA,再以此为样本对城市区域外部进行分类,最后将分类结果整合完成整幅影像的ISA提取流程。应用本方法对美国雪城地区的DMSP/OLS夜间灯光影像上提取了84个城市区域,提取精度大于95%。从中分别选择高ISA密度和低ISA密度的2个城市区域作为ISA提取的测试区,本文方法在城市区域内的ISA提取总体精度与kappa系数分别为88.23%和0.63;在城市区域外部为78.6%和0.54,均优于人工样本选取方法的提取精度,表明该方法能够实现精度稳定且高效的ISA自动提取。

基于对象级分类的土地覆盖动态变化及趋势分析

以广东省东莞市2005~2008年SPOT 5遥感影像为主要数据源,采用对象级分类后比较的变化检测技术,从土地覆盖类型的面积总量、相互转移等方面多层次分析了研究区域4a土地覆盖的变化情况。在此基础上,利用马尔科夫链模型对该区域未来5a的土地覆盖动态变化及演变趋势进行了分析和预测,为广东省土地覆盖变化研究提供典型案例分析,以达到全面把握研究区土地覆盖变化规律的目标。结果表明:研究区域的土地覆盖变化基本趋势表现为城镇建设用地总量持续增加以及耕地和园林地面积总量减少,其中城镇建设用地和农业耕地变化幅度较大,其他类型土地变化相对稳定。增加的城镇建设用地主要来源于耕地的人为减少,农业垦殖环境将趋于恶化。研究结果可为研究区合理有效地利用土地以促进土地可持续发展、推进城市化进程奠定决策上的技术基础。

高分辨率遥感土地覆盖分类技术的应用研究--以重庆市黔江贫困区为例

针对贫困区生态环境与资源的地表覆盖精细化调查需求,本文利用高分辨率遥感影像开展了土地覆盖信息提取的方法和应用研究。重点分析了高分辨率影像均值漂移分割、多特征提取与分析、对象级样本采集以及监督分类等技术,并综合实现了流程化的对象级土地覆盖分类。结果表明,本文串联的高分辨率影像分类技术能生成较精细的土地覆盖专题图,可及时为贫困区生态资源环境评价、碳核算等应用提供较可靠的地表覆盖数据。

基于Bhattacharyya距离的典型地物波谱特征差异性分析

地物波谱数据主要应用于定量遥感与影像分类等相关基础研究,对各条光谱曲线之间进行定量化的光谱差异性分析具有重要意义。从USGS及JHU地物波谱库中挑选了在土地覆盖分类层次具有意义的植被(73条)、人工材料(100条)与土壤(30条)3种类型共203条地物波谱数据,以分层分类体系在4.2～2.5μm的波长范围内分析比较各类典型地物材料的光谱特征,以B距离(Bhattacharyya Distance)作为指标定量计算不同类别地物波谱间的光谱差异性。结果表明:波谱库中金属、砖石和混凝土3类人工材料光谱对于植被、土壤等自然材料光谱具有较大的光谱差异性,而塑料与自然地物间的光谱差异度最小,在此基础上统计了最能反映这些地物光谱特征差异的最优波段。该方法能够量化多种光谱曲线间的差异性并得到最佳的区分波段,从而为地物材料光谱及高光谱数据分类提供参考。

多时相HJ-1数据补充的水体分布时序变化监测

由于地域、天气等原因造成的云影问题,导致了水体时序分析困难。本文以资源三号(ZY-3)影像作为辅助数据,以环境与灾害监测预报小卫星影像(HJ-1)作为研究数据,通过提取一个时间段内多景时相相近HJ-1数据中有效水体信息,迭代补充成完整的水体提取结果,将不同时间段内影像水体提取的完整结果形成时序监测数据,以达到对某地区水体时序变化监测的目的。通过对淮河流域安徽段研究区水体分布监测表明,该方法能充分利用每个时间段内质量不理想的源数据,对相近时相数据迭代补充,完整提取该时间段内的水体信息。多个时间段迭代补充形成的时序数据可有效支持时序监测。本文在研究区共选取了8295个查找点,结果表明:2013年该研究区洪季(7、8月)水体信息比旱季(3、4月)更丰富,特别是东南部在洪季形成了许多零散水体;相较于旱季,洪季研究区水域面积增长了22.1%。

批量遥感影像湖泊提取后的矢量拼接策略问题

在遥感影像湖泊提取结果进行矢量化之后,需要对多景影像的湖泊提取矢量数据进行拼接并形成湖泊信息专题图,不同的拼接策略直接决定区域湖泊数据拼接的效率。结合湖泊提取结果的矢量数据拼接与专题图制作问题,在分析矢量数据拼接原理与过程的基础上,首先分析了两景矢量数据的拼接方法与最佳策略,重点研究了面向大区域多景矢量数据的拼接策略,提出了两种实用的高效矢量数据拼接方法,即基于任务队列与基于间隔选择的策略,分析了不同策略的特点与适用情况。实际应用中,可以根据实际情况进行选择,较大程度地提高矢量数据拼接的效率。