基于高分辨率卫星遥感的城市典型地物变化监测

摘要

高分辨率卫星遥感应用是遥感领域近年来研究的热点，利用高分辨率遥感卫星空间分辨率高，重访周期短，敏捷性强等特点，对城市土地利用情况进行变化检测，完成土地利用情况普查，土地空间数据库更新等任务，对于国家地理国情监测，数字城市工作的开展具有重要意义。 目前，还没有针对高分辨率卫星遥感影像最优的变化检测方法，而在使用一般检测方法处理高分辨率遥感影像时，会出现处理效率低下，检测结果破碎化以及变化阈值难以确定等问题。本文面向城市地区土地利用情况动态监测的需求，改进了一种基于典型相关分析方法的变化检测算法，利用典型变量来集中影像各个波段的变化信息，引入交叉窗口均值滤波以去除高分卫星影像在像元级检测时的破碎噪声，并在传统的均值-标差法固定阈值基础上提出动态阈值算法，以降低漏检测率。本文的实验部分利用GDAL等开源函数库对改进的典型相关分析变化检测算法进行了程序实现，并选取沈阳市浑南新区土地覆盖变化显著的某建设区作为研究区，使用2013年7月4日与2013年8月21日两期高分一号卫星影像进行了变化检测应用实验，并对检测结果进行了精度评价，验证了该算法的有效性。最后，实验使用ENVI Feature Extraction模块对研究区变化区域进行了基于面向对象方法的城市典型地物分类，使用ArcGIS对分类后的各种土地覆盖类型变化量与变化率进行了统计分析，并制作了研究区土地覆盖变化情况专题地图。 本文针对高分辨率卫星遥感影像数据量大，细节特征丰富等特点，改进并实现了基于典型相关分析方法的变化检测算法，并验证了该算法的有效性。使用面向对象的方法对变化检测结果进行分类，最后对分类结果进行统计分析及制图。研究结果证明本文的理论在基于高分遥感影像的城市地区变化检测中具有一定的应用价值，为后续的基于高分遥感的城市典型地物全自动变化检测提供了实用方法与实践基础。

目录

声明

摘要

1．1研究背景及意义

1．1．1城市土地覆被变化检测研究的目的与意义

1．1．2高分辨率卫星遥感的发展现状

1．2遥感影像变化检测国内外研究现状分析

1．2．1遥感影像变化检测的研究任务

1．2．2遥感影像变化检测方法研究现状

1．2．3高分辨率卫星遥感变化检测研究现状及存在问题

1．3研究内容与论文结构

1．3．1本文主要研究内容

1．3．2研究思路及技术路线

1．3．3论文章节安排

1．4本章小结

第2章高分辨率卫星遥感影像预处理

2．1引言

2．2高分辨率卫星遥感影像的几何配准

2．2．1几何配准概述

2．2．2基于地面控制点的几何配准方法

2．2．3几何配准结果的精度评价

2．3高分辨率卫星遥感影像的相对辐射校正

2．3．1辐射校正概述

2．3．3相对辐射校正结果的精度评价

2．4研究区影像预处理实验

2．4．1研究区概况与影像预处理实验总体设计

2．4．2研究区影像几何配准及精度评价

2．4．3研究区影像相对辐射校正及精度评价

2．5本章小结

第3章改进的典型相关分析变化检测算法原理与实现

3．2经典的典型相关分析变化检测算法概述

3．3改进的典型相关分析变化检测算法

3．3．1求解两幅影像的典型相关系数

3．3．2滑动窗口均值滤波去除像元级破碎噪声

3．3．3动态阈值设计与检测结果的精度评价

3．3．4高分卫星遥感影像的阴影问题与检测结果的优化

3．4算法实现及变化检测实验

3．4．1开发环境与程序模块介绍

3．4．2程序模块与变化检测实验总体设计

3．4．3典型相关分析实验

3．4．4交叉窗口均值滤波实验

3．4．5阴影剔除与检测结果的优化

3．4．6检测结果的精度评价

3．5本章小结

第4章基于面向对象方法的城市典型地物分类与统计制图

4．1引言

4．2基于城市典型地物规则库的变化区域分类

4．2．1图像分割与斑块合并

4．2．2城市典型地物特征提取与属性规则的构建

4．2．3分类与分类结果的精度评价

4．3针对变化检测结果的分类地物统计分析

4．4研究区变化检测结果的分类与统计制图实验

4．4．1变化检测结果分类与统计分析实验总体设计

4．4．2研究区变化检测结果的分割及斑块合并

4．4．3研究区变化区域典型地物分类及分类精度评价

4．4．4研究区变化区域土地覆盖分类统计与制图

4．5本章小结

5．1研究工作总结

5．2主要成果

5．3后续研究工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文及科学研究经历