管莉莉, 卢 扣, 黄 云

(江苏省工程勘测研究院有限责任公司,江苏 扬州 225000)

遥感解译样本在里下河下垫面调查中的应用

管莉莉, 卢 扣, 黄 云

(江苏省工程勘测研究院有限责任公司,江苏 扬州 225000)

利用卫星遥感影像解译、判读及典型性外业调查,结合基础地形图,采集里下河下垫面的属性及利用情况数据。通过外业调绘核查及建立遥感影像解译样本库,为遥感影像解译提供支持,解决内业解译中的疑难问题,提高解译结果的质量及可靠性,为统计成果的正确性提供前提保证,并为长期调查监测积累基础资料。

下垫面调查;外业核查;遥感影像解译;样本采集

随着社会经济的快速发展,城镇化的进程造成基础设施建设的加快,土地利用方式随之发生较大变化,下垫面也相应地随之改变。作为水利规划、水资源分析评价等工作的基础和依据,下垫面数据成果的定期更新与调查显得尤为必要。

土地下垫面的属性与利用情况是区域自然条件和社会经济发展状况的集中体现,是洪水风险图编制水文水利计算的基础,同时也可为区域防洪、治涝、水资源等相关水利规划提供重要支撑。为更好地为里下河腹部防洪保护区风险图编制提供可靠的参考依据和准确的统计数据,笔者参加了里下河地区下垫面调查统计工作。遥感影像解译的准确性是保证下垫面调查统计成果可靠性的基本前提。利用具有对照关系的地面照片和遥感影像为主的解译样本数据,可以为遥感影像解译者建立对相关地域的正确认识提供支持,也可在解译结果的质量控制方面发挥重要作用,同时也为长期监测积累提供实地参考资料。

1 里下河下垫面调查方法

1.1 调查手段及方案

结合江苏省县级行政区划成果,依据江苏省防洪、除涝、水资源分区等相关资料,进行矢量数据的整合,制作分区底图,确定此次下垫面调查的调查范围。

里下河下垫面调查采用RS、GIS、GPS技术,即利用遥感影像,采用多源信息辅助判读与解译、自动处理与人机交互解译,并结合GPS外业核查等方法,最后利用GIS数据管理和分析方法,将里下河下垫面的属性与利用情况数据入库、统计分析(图1)。结合江苏省第一次全国水利普查成果、江苏省基础测绘1∶1万数据资料及江苏省县级行政区划成果,对收集整理的2012年里下河区域遥感影像及航片资料,利用专业软件对遥感影像进行处理、解译和分析,作为下垫面调查统计成果复核的重要参考依据。

图1 里下河下垫面调查技术路线Fig.1 Technical route of underlying surface investigation of Li-xia river

1.2 图像解译

结合水利部门需求,根据传统汇流计算、水资源评价需要,同时考虑生态等方面的新需求,下垫面分类体系主要分为五类:水田、建设用地、河流湖泊、坑塘沟渠及旱地。其中沟渠在影像上主要为被水覆盖的区域,但需注意水位标准,通常以采集高水位线或堤坝为准。建设用地主要指道路、城镇建筑等,影像上通常表现为大面积的建筑物覆盖、路面或场地硬化覆盖。水田是种植水稻及其他水生农作物的耕地,包括实行水生、旱生农作物轮作的耕地,在影像上表现纹理比较一致,区域面积较大,主要分布在农村地区。旱地及其他土地主要指区别于以上四类的土地,主要包括旱地、园地、林地、草地、绿化用地、渠道、堤坝等。以上建立的读图标准基本是以色斑来确定地表种类,但不能绝对遵循。

采用计算机自动分类与人工判读解译结合的方式,计算机自动分类提取水体,其他类型图像解译以人工解译为主,对照读图标准在ARCGIS上对影像进行预解译,根据基本要求勾绘土地属性类型界线,形成预解译图。如何根据色彩丰富的工作底图准确判读下垫面要素是数据质量的关键,更是统计分析的前提保证。因此在地面实况调查后,根据野外实地调查结果以及与相应航片、1∶1万地形图等更详细资料的对照判读,充分利用基础图数据信息核查下垫面要素,并修正预解译图中的错误,确定未知类型,细化预解译图,形成正式的解译原图,标记出内业不能准确判读的图斑。

1.3 建立解译标志

下垫面调查要素按下垫面分类规则,主要是城市建筑区、农村建筑区、道路、水系、水田、其他旱地等。内业判读解译的过程中建立读图标准,主要是土地属性范围和类型的确定,建立图斑与地物种类的对应关系,即在数据库对应图斑的字段TAG(生产标记信息)中标注,标注原则分别为对于在内业判读解译阶段可以确定要素类型的图斑TAG值为1,需要外业核查的图斑TAG值为2,经外业核查确定类型后的图斑TAG值修改为3,由此确定了同一图斑内、外业各生产阶段的对应关系。

1.4 地面实况的调查

在室内预解译的图件都是人工目视解译完成的,不可避免地存在错误或者有难以确定的类型,需要进行地面实况调查与检核。外业调查与核查的目的,一是重点对内业解译生产中有疑问的和无法辨别的信息进行实地调查;二是检验内业判读的正确率,发现内业判读错误,指导修正判读数据;三是为成果应用阶段评价数据质量提供客观依据。核查内业采集的地类信息,检验遥感影像解译采集的正确率,对内业分类、图斑属性和内业无法准确确定类型的疑问图斑,开展外业实地核实认定。外业调查与核查应保留有关资料和记录,为判断数据质量情况提供追溯依据。

由于季节性因素,个别图幅的水田和旱地纹理区分度不是很高,可能分类准确性存在一定的误差。部分较宽的水沟(实地达到10 m)漏采集,主要由于影像上有水草、浮萍覆盖,色彩偏绿,造成作业人员的误判。这些因素会造成判读的不准确,对调查数据库成果质量造成一定的影响。针对下垫面地区的区域特点,以内业解译成果为基础,制定有针对性的外业调查路线,采用数字核查系统的方式或者采用纸质核查底图配合平板电脑的方式,到实地进行调查判绘。

对已经外业核查过的图斑,其TAG属性应相应修改为3,避免数据整理和质检人员对影像与图斑的错误理解。实地已发生变化的图斑,能现场调绘清楚的现场调绘清楚,并采集范围边线。核查时还应注意前后时相影像发生变化或实地覆盖与影像不一致、属性变化的部分,仔细判别确认新的地类范围及属性;图斑面积过小的,按照“就近就大”原则合并至周围图斑[1]。

2 遥感解译样本数据采集及存储

遥感解译样本数据包含两类:一是地面照片,二是遥感影像实例数据。两者具有对照关系,两类数据分别从不同的侧面反映地物影像形态特征,起到相互印证的作用,可以帮助解译人员更高效地认知遥感影像所蕴含的信息。

以核查底图为基础,针对任务区下垫面调查统计的要求和特点,充分考虑遥感数据源的时相特征,结合内业技术人员解译过程中的反馈意见,制定合理、有针对性的外业调查路线和遥感影像解译样本库采集方案,重点针对影像中不易识别或容易产生异议的图斑、内业有疑问的图斑、外业发现分类错误的图斑及选取水系较多的典型性地区(如兴化),进行现场核实并拍摄样本,进而指导自动分类与人工解译,检查普查成果的质量和精度,确保调查成果数据的真实性和准确性。

2.1 遥感解译样本数据采集

外业样本采集使用的是南方公司在Android平台开发的平板电脑,定位拍摄图斑实地照片并记录图斑属性及描述。其中地面照片的采集要求如下:①采集的地面照片应该充分保证样本的典型性,每个样本必须与地表覆盖类型保持一致,并且应尽量保持地表照片和遥感影像的季节时相接近;②样本点的分布应尽量与图斑的分布相一致;③外业核查时,内业有疑问的图斑,以及外业发现分类错误的图斑,原则上都需要采集对应类型的解译样本数据,对内业较为确定的图斑,可在任务区内根据区域特点选取典型区域进行核查并采集样本;④在野外拍摄样本时应尽量保持水平持握相机,避免相机记录的照片信息失真,尽量在200 m范围内拍摄样本点实地景物,避免照片与遥感影像之间的空间对应关系失真[2-3]。

采集的地面照片存储为JPG 格式,后缀为“.jpg”,照片名字用32 位字符表示,前2 位以“PH”开头,后14位表示时间,接着后13位表示经纬度,最后3位表示照片方位角(图2)。

外业样本采集完毕后,根据平板记录样本的各种信息,通过南方公司的影像截取工具裁切遥感解译样本影像,对筛选后的照片、读取照片的坐标点等相关属性信息,对应地面照片,从经过正射处理的遥感影像数据源中裁切长宽511×511像素或1 023×1 023像素大小的遥感影像,尽可能把样本照片拍摄的地物置于影像的中间,并保证拍摄点也位于裁切影像的范围之内[4]。

图2 样本照片及影像样例Fig.2 Sample photos and image samples

2.2 遥感解译样本数据的存储及检查

结束野外采集工作之后,根据平板电脑记录的样本点经纬度坐标,用样本库生成软件生成该地区的遥感样本数据库SMPDATA.mdb文件,该数据库采用Access数据库格式,后缀为“.mdb”。数据库由记录地面照片属性及文件名的PHOTO数据表、记录遥感影像属性信息及文件名的SMPIMG数据表以及反映地表照片和遥感影像对应关系的关系表PHOTO_IMG三个表格构成。另外,照片文件和影像文件应该分别存放在数据库文件相同目录下的PHOTO和SMPIMG目录中。

对样本库的检查主要有4个方面:①检查地面照片中所拍摄的主体地物与样本描述是否一致;②检查照片信息中的经纬度坐标、方位角是否正确,通过照片中反映出的地物信息、相对关系、拍照时的焦距,核对照片的位置是否正确;③遥感影像实例的裁切是否正确,与地面照片主体的位置是否一致;④数据库填写属性与遥感影像实例、地面照片中主体是否一致[5]。

对于有些地方存在信号干扰以及地物遮挡等外在因素导致定位点不准,以及对地物的判别不准导致拍摄照片与地物描述不一致的情况,可能会对后期的人工解译带来误导,需要核实或补拍照片,样本进行修改或删除[6]。

3 下垫面调查数据库建库

3.1 数据库标准

将里下河土地利用分类、行政区划、水利分区等数据表格、统一坐标和格式的相应矢量图及遥感影像等数据资料进行整理,将分类专题矢量数据存放于同一个数据库中,形成下垫面分类统计分析的基础信息数据。

3.2 数据检查及入库

内业数据检查分为:①内业对照读图标准检查地物的判读是否正确。内业检查采集的数据是否按规定的要求放置在对应的图层上。同一图层上的要素是否为同一类型地物。②内业检查数据的各属性字段赋值是否正确。③数据库相邻面属性相同应合并处理,合并采取就近就大的原则。通过拓扑检查看是否存在面重叠、面裂隙,复核要素并进行修正。

在数据检查完毕,修改完各类错误,数据达到建库标准后,可以对上述数据进行入库操作,数据库的坐标系统为国家2000坐标系,中央经线120°,1985国家高程基准。

3.3 质量检查控制

读取解译样本库数据库文件,导出照片PHOTO表,生成的对应样本拍摄点的*shp文件,加载到ArcGIS中,与影像、下垫面成果数据叠加,并实现实地照片点和图斑之间建立起一一对应的连接关系(图3)。作业员在核查有样本的图斑时,即可点击查看样本影像和地面照片的参照比对,与外业解译样本属性信息不一致的地方进行确认,需要修改数据库图斑属性或范围的一并修改TAG属性值并记录。

图3 ARCGIS中关联实地照片与影像Fig.3 Photos and images of association field about ARCGIS

4 结语

本文详细叙述了下垫面调查的方法、关键技术及实施过程,介绍了遥感解译样本采样方法对内业数据质量的意义,有效地提高了内、外业工作的沟通效果,避免了数据整理和质检对影像与图斑的错误解译。外业核查工作是保证下垫面调查数据质量的关键步骤,建立遥感解译样本数据库对调查成果的更新及核查都有积极的指导意义。

[1] 徐勘,孙立坚,周群强,等.地理国情普查外业核查工作流程的设计与实现[J].遥感信息.2014,29(4):58-61.

[2] 秦贺伟.昔阳县地理国情普查遥感解译样本库的建立及应用[J].学术研究,2014,30(11):162-164.

[3] 刘跃,王天明,姜丽莉.小析地理国情普查遥感解译[J].测绘与空间地理信息,2013,36(11):162-164.

[4] 施建辉,王睿燕,高晖.遥感影像解译样本数据生产及质检系统的设计与实现[J].测绘标准化,2014,30(4):37-39.

[5] 李井春,夏立福,李红,等.地理国情遥感解译样本质量控制与检查初探[J].测绘与空间地理信息,2014,37(6):203-207.

[6] 杨靓,陈新湖,李培,等.地理国情普查一体化生产组织模式探讨[J].遥感信息,2014,29(4):20-25.

(责任编辑：陈文宝)

Application of Sample Data for Remote Sensing Image Interpretation inUnderlying Surface Investigation of Li-Xia River

GUAN Lili, LU Kou, HUANG Yun

(JiangsuProvinceEngineeringInvestigationandResearchInstituteCo.Ltd.,Yangzhou,Jiangsu225000)

It had been collected the attribute data and utilization situation of underlying surface of Li-Xia river by using the interpretation of remote sensing image and the typical field investigation,combined with basal relief map. It provided support to remote sensing image interpretation and solved interrogative and problems in indoor interpretation,improved quality and reliability of interpreted results,provided the premise for it to guarantee of statistical results,accumulated some basic data for long-term investigation and monitoring by field verification and setting sample dates for remote sensing image interpretation.

underlying surface investigation; field verification; remote sensing image interpretation; sample collection

2016-04-22;改回日期:2016-05-04

管莉莉(1986-),女,工程师,大地测量学与测量工程专业，从事地理信息研究及应用工作。E-mail:362219563@qq.com

P237

A

1671-1211(2016)03-0275-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.005

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160505.1603.046.html 数字出版日期:2016-05-05 16:03