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計(jì)算機(jī)輔助遙感圖像解譯論文
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，遙感技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。遙感圖像計(jì)算機(jī)解譯是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支持下，綜合應(yīng)用地學(xué)分析，遙感圖像處理，地理信息系統(tǒng)，來(lái)獲取遙感圖像的信息。遙感影像具有較強(qiáng)的現(xiàn)勢(shì)性和綜合性，已經(jīng)成為地圖制圖重要的數(shù)據(jù)來(lái)源之一。本論文通過(guò)對(duì)ERDAS和ArcGIS軟件的學(xué)習(xí)和研究，對(duì)遙感圖像進(jìn)行預(yù)處理，建立解譯標(biāo)志對(duì)高分辨率遙感圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助解譯，對(duì)解譯后的遙感圖像進(jìn)行矢量化得到矢量圖，在ArcGIS軟件中對(duì)矢量圖進(jìn)行屬性和拓?fù)潢P(guān)系的添加，經(jīng)矢量圖和遙感影像疊加處理，最終得到功能齊全的遙感影像地圖。
1 引言
伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，會(huì)更加迫切要求應(yīng)用目視解譯經(jīng)和知識(shí)知指導(dǎo)遙感圖像計(jì)算機(jī)解譯。遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)解譯是以遙感圖像為研究對(duì)象，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持下，綜合運(yùn)用地學(xué)分析，遙感圖像處理，地理信息系統(tǒng)以及模式識(shí)別與人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地學(xué)專(zhuān)題信息的智能化獲取[1]�；谶b感圖像可以客觀真實(shí)和快速獲取地球表層信息的優(yōu)勢(shì)，遙感數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于自然災(zāi)害評(píng)估，自然資源調(diào)查與評(píng)價(jià)，環(huán)境監(jiān)測(cè)與軍事偵察上等。因此，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行遙感圖像解譯，快速獲取地表不同專(zhuān)題信息，利用這些專(zhuān)題信息能夠迅速更新地理數(shù)據(jù)庫(kù)。這不僅是實(shí)現(xiàn)遙感圖像自動(dòng)理解的基礎(chǔ)之一，而且也是地理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化研究的一個(gè)方向。本次論文是在充分了解綿陽(yáng)地域概況的情況下，并獲取綿陽(yáng)區(qū)域的TM影像圖，利用遙感軟件對(duì)該遙感影像進(jìn)行預(yù)處理后，建立解譯標(biāo)志，對(duì)遙感影像進(jìn)行人機(jī)交互解譯，完成矢量化地圖的制作，在GIS軟件中進(jìn)行屬性和拓?fù)潢P(guān)系的添加;矢量地圖和遙感影像疊加處理，最終得到功能齊全的遙感影像地圖。
2 遙感圖像預(yù)處理
遙感信息是對(duì)地表狀況的反映，但是衛(wèi)星姿態(tài)、搭載掃描系統(tǒng)引起的遙感圖像畸變大。所以空間分布特征被部分地歪曲了，因此要對(duì)遙感圖像進(jìn)行預(yù)處理。本次論文處理所用的遙感圖像為L(zhǎng)andsat-5衛(wèi)星獲取綿陽(yáng)區(qū)域的TM影像圖，該遙感圖像是在中國(guó)科學(xué)院數(shù)據(jù)共享平臺(tái)下載獲得。采用的是WGS-84坐標(biāo)。陸地衛(wèi)星提供的TM影像，其覆蓋范圍較大，宏觀綜合性強(qiáng)。TM圖像具有8個(gè)波段，信息量豐富。由于TM影像圖具有宏觀性強(qiáng)，信息量豐富的特點(diǎn)通過(guò)對(duì)其解譯和制圖，可獲得綿陽(yáng)地區(qū)豐富及具體的信息，繪制成詳細(xì)的區(qū)域地圖。
2.1 組合多波段數(shù)據(jù)
Landsat-5的TM影像共有7個(gè)波段，不同的波段組合可以增強(qiáng)不同的地表信息[2]。其中第3、第2、第1波段組合形成的真假彩色圖像雖然有理于各種地類(lèi)識(shí)別。但是圖像平淡、色彩不飽和、信息量比較少。考慮到研究區(qū)域地表信息豐富，采用第4、第5，第3波段組合而成的非標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像。將上述轉(zhuǎn)換的單波段IMG文件組合為一個(gè)多波段圖像文件。組合波段結(jié)果如圖1所示。
由圖1可知水體邊界、以及和水體有關(guān)的地物在圖像中比較清楚。河流、道路、橋梁邊界和輪廓清晰。房屋的布局清楚。街區(qū)內(nèi)部結(jié)果特征較為明顯。植被有較高的辨識(shí)度。
2.2 圖象幾何校正
由于容易受到衛(wèi)星姿態(tài)、搭載掃描系統(tǒng)引起的遙感圖像畸變大以及地表起伏等影響[2]。圖像必須經(jīng)過(guò)幾何校正。在圖像幾何校正過(guò)程中，采集控制點(diǎn)是一項(xiàng)非常重要工作�？刂泣c(diǎn)一般選擇圖像上特征較為明顯的點(diǎn)位。對(duì)于圖像使用選擇控制點(diǎn)的方法進(jìn)行幾何精糾正，在一幅遙感圖像上和對(duì)應(yīng)的地形圖上選擇至少9個(gè)分布均勻、特征明顯的典型地物目標(biāo)作為控制點(diǎn)，建立影像坐標(biāo)和地圖坐標(biāo)之間的變換關(guān)系，按照這個(gè)變換關(guān)系進(jìn)行控制點(diǎn)糾正。本文特征點(diǎn)采集與校正后結(jié)果如圖2，圖3所示。
2.3 紋理分析
遙感圖像的光譜信息是目視判讀的基本依據(jù)[3]。但是隨著圖像解譯與分析工作的深入開(kāi)展，光譜信息已經(jīng)不能快速有效地進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析和自動(dòng)識(shí)別。紋理特征作為遙感圖像中重要的信息，通過(guò)灰度值得變化和重復(fù)性來(lái)反映地表物體的粗糙度，能充分反映影像特征。因此，對(duì)紋理信息的提取對(duì)遙感圖像的識(shí)別起著重要作用。紋理分析通過(guò)在一定的窗口內(nèi)進(jìn)行二次變異分析或三次對(duì)稱分析，使圖像的紋理結(jié)構(gòu)得到增強(qiáng)，通過(guò)幾何校正以及紋理分析可以明顯看到綿陽(yáng)市區(qū)河流和主要街道以及房屋的輪廓信息。幾何特征尤為明顯。結(jié)果如圖4所示。
3 遙感圖像解譯
遙感影像的解譯標(biāo)志，是一種在遙感圖像上能反映和判別地物信息的影像特征。利用解譯標(biāo)志能直接在圖像上判別出相應(yīng)的地物，或者通過(guò)已識(shí)別出的地物或現(xiàn)象作進(jìn)一步的推理分析，判別出其它不易在遙感影像上直接解譯的目標(biāo)[4]。
3.1 非監(jiān)督分類(lèi)
數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)解譯的基礎(chǔ)工作是數(shù)字圖像的分類(lèi)。其方法包括：非監(jiān)督分類(lèi)和監(jiān)督分類(lèi)，目的是實(shí)現(xiàn)遙感圖像信息提取。非監(jiān)督分類(lèi)是在沒(méi)有訓(xùn)練場(chǎng)地作為樣本的前提下，根據(jù)像元間相似度的大小進(jìn)行歸類(lèi)并且合并的方法。常用的方法是：分級(jí)集群法，動(dòng)態(tài)聚類(lèi)法。動(dòng)態(tài)聚類(lèi)法給出圖像粗糙的分類(lèi)，然后在一定的原則下在不同的類(lèi)別間重新組合樣本，一直到分類(lèi)比較合理為止[7]。本文以動(dòng)態(tài)聚類(lèi)法進(jìn)行非監(jiān)督分類(lèi)ISODATA(迭代自組織數(shù)據(jù)分析技術(shù))方法在動(dòng)態(tài)聚類(lèi)法中具有代表性。結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況確定初始分類(lèi)數(shù)，設(shè)置循環(huán)收斂閾值。執(zhí)行非監(jiān)督分類(lèi)，獲得分類(lèi)結(jié)果。圖5所示。
3.2 監(jiān)督分類(lèi)
監(jiān)督分類(lèi)與非監(jiān)督分類(lèi)的不同點(diǎn)是在遙感圖像上采樣區(qū)中圖像地物的類(lèi)別屬性已有了先驗(yàn)的知識(shí)。這些先驗(yàn)知識(shí)通過(guò)實(shí)地的抽樣調(diào)查，配合人工目視判讀技術(shù)來(lái)獲取。采樣區(qū)已被選定，按照已知類(lèi)別的特征去訓(xùn)練判別函數(shù)，先驗(yàn)的采樣區(qū)為訓(xùn)練區(qū)，其用途是訓(xùn)練判決函數(shù)。訓(xùn)練區(qū)是圖像上已知類(lèi)別屬性的圖像地物構(gòu)成訓(xùn)練區(qū)。一旦訓(xùn)練區(qū)被選定后，相應(yīng)對(duì)象類(lèi)別的紋理特征便可以用訓(xùn)練區(qū)中的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)。 由非監(jiān)督分類(lèi)結(jié)果和監(jiān)督分類(lèi)結(jié)果可知研究區(qū)的河流、植被、街區(qū)、房屋等均能從遙感影像圖上快速提取出來(lái)。這為接下來(lái)的制圖工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
4 遙感制圖
4.1 遙感影像地圖
遙感影像地圖是以遙感影像并結(jié)合一定的地圖符號(hào)來(lái)體現(xiàn)制圖對(duì)影像地理空間和環(huán)境狀況的地圖[7]。在遙感影像地圖中，圖面內(nèi)容要素主要由影像構(gòu)成，輔助以一定的地圖符號(hào)來(lái)表現(xiàn)或說(shuō)明制圖對(duì)象。
4.2 矢量化地圖的制作
本文在遙感圖像預(yù)處理和解譯的基礎(chǔ)上進(jìn)行矢量化工作，在矢量化后還需在現(xiàn)場(chǎng)做進(jìn)一步的確認(rèn)，對(duì)錯(cuò)誤之處進(jìn)行及時(shí)修改。在修改后的矢量圖的基礎(chǔ)上使用ArcGIS軟件中先對(duì)矢量圖與遙感影像圖進(jìn)行配準(zhǔn)，結(jié)果見(jiàn)圖7。接著對(duì)矢量圖進(jìn)行屬性和拓?fù)潢P(guān)系的添加，最后經(jīng)矢量圖和遙感影像疊加處理完成遙感影像圖的制作。結(jié)果見(jiàn)圖8。
5 結(jié)論
利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行遙感圖像解譯，快速獲取地表不同信息，利用獲取的信息迅速地更新地理數(shù)據(jù)庫(kù)，這是實(shí)現(xiàn)遙感圖像自動(dòng)完善的基礎(chǔ)之一，也是地理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化研究的一個(gè)方向，具有重要的理論意義和應(yīng)用前景。
遙感影像地圖具不僅具有原遙感圖像的影像內(nèi)容，還具有線劃要素，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)等，擁有直觀易讀的特點(diǎn)，與普通地圖相比，影像地圖具有豐富的地面信息，內(nèi)容層次分明，圖面清晰易讀，充分表現(xiàn)出影像與地圖的雙重優(yōu)勢(shì)。從而提高了地理信息為人們的視覺(jué)直接感知的可視化表達(dá)程度及輔助決策的準(zhǔn)確度，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起重要的應(yīng)用價(jià)值。
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