专利名称：基于历史图件的土地利用变化检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及信息资源的应用技术，尤其涉及利用遥感技术所取得的信息资料为诸如国土资源变更、林业资源调查、农业用地变化等方面的变化检测应用提供辅助信息的应用技术。
背景技术：
变化检测就是观察目标或现象在不同时期的状态，定量地分析和确定目标或现象变化的特征与过程。它涉及到变化的类型、分布状况与变化量，即需要确定变化前后的地面类型、界线及变化趋势。
最近20年来，已有不少学者进行了基于卫星遥感的土地利用/覆盖变化动态监测方法的研究工作。目前，应用较多的方法有基于分类后比较为基础的方法与基于像元光谱的不同时相的波段差值运算法、比值运算法、主成分分析法与变化向量分析法，这些方法各有优劣，没有哪一种方法可以最优于所有状况。尽管从表现形式上看这些方法差别很大，但就数据源而论，这些变化检测都是对不同时相的遥感图像的组合、加工、处理，处理对象绝大多数均以两幅遥感影像为基础(栅格格式)大气辐射、太阳高度角以及传感器接受角度等条件的不断变化，造成同一地区两个不同时相的影像很难不受上述条件影响。对不同时相的影像间的地类变化检测也因此受到干扰。尽管人们在用不同方法做变化检测时尽量采用同一时令的影像对，上述的干扰却是无法最终根除的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结合历史土地利用图件和现有影象检测地物变化的方法，可通过从历史土地利用图件及可见光和近红外波段的遥感数据所获得的资料中选择合适的波段，结合历史图件对影象数据进行处理，以提取有用的变化信息。
与以往检测方法相比，本发明采用的方法可以充分利用过去的野外工作基础，实现了历史数据复用。另外，利用历史图件检测则可以有效避免实际地物的季相、物候变化造成的影响影响。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于历史图件的土地利用变化检测方法，包括获取必要的对地观测遥感数据和相应的历史土地类型图件；对所获得的对地观测遥感数据进行数据匹配处理；对所获得的对地观测遥感数据进行数据波段选择；按照历史土地类型图件中各土地类型分布情况，分区域分析对地观测数据，比较各类型区域的观测数据的统计特征，获取土地利用变化结果。
在本发明的优选实施方案中，对地观测数据为可见光和近红外波段光谱数据，并且上述方法中还包括对可见光和近红外波段光谱数据进行预处理的步骤。
本发明分析涉及的区域类型，根据在一定的时间跨度里，地物特征可能存在着变化形式，分为未发生变化、局部发生变化、全局发生变化等三种。
图1是本发明一个实施例的变化检测应用方法的示意流程图；图2是本发明区域类型示意图；图3是本发明分析过程示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明提供了一种结合历史土地利用图件和现有影象检测地物变化的方法，具体实施包括获取必要的对地观测遥感数据和相应的历史土地类型图件；对所获得的对地观测遥感数据进行数据匹配处理；对所获得的对地观测遥感数据进行数据波段选择；按照历史土地类型图件中各土地类型分布情况，分区域分析对地观测数据，比较各类型区域的观测数据的统计特征，获取土地利用变化结果。
在本发明的实施过程中，需要使用历史图件数据和遥感数据。
历史图件数据指历史年份，通过多种途径获得的土地利用类型数据，该数据在一定程度上经过野外调查验证，并以图件形式较直观地反映。从历史图件可以获取特定区域的土地利用信息。
遥感数据指通过多种途径获取的可见光和近红外波段的多波段遥感图像数据。以栅格图像的数据形式存储。
在获得遥感图像数据之后，需要对图像进行预处理。根据需要，这种预处理可包括如下的一种或多种处理辐射校正、几何校正及影象配准方法。
这些方法都可以采用本领域所公知的技术，例如可参见赵英时等主编的《遥感应用分析原理与方法》(科学出版社北京，2003)。在本文中不再赘述。
通过预处理图像，历史图件与遥感图像数据能够进行叠加分析，两图所指示的地形地貌特征完全吻合或其差异在分析容限范围以内。
波段选择是要在众多的波段中，选取包含足够相关地物目标信息变化的少量波段，找到少量最能反映地物信息变化的波段。
波段选择问题可归结为设原始数据有n个波段，要在这n维数据集中选择出m维的数据子集(m≤n，m＞3)而又不损失重要的信息。在常规遥感数据最佳波段选择时，常用的方法是根据一定的算法、准则和具体的应用对所有可能的组合进行评价，从而得到最佳波段结合。
根据选取的波段组合，按照图3所示进行分析。
首先计算各区域内象素的均值，设置一定的阈值，对于区域内象素值与均值差值大于规定阈值的区域，视做“沸点”，并记录点所在位置；|Xbi-Mb|＞μ(1)(式中，Xbi为象素在各波段中的DN值，Mb为某波段区域内均值，μ为沸点过滤标准)对波段象素值通过(1)处理，将所记录各“沸点”剔除，并以剔除“沸点”后所余象素数目为基数重新计算各区域均值和方差，设定判别式(2)来检验该区域的变动性Σi=1n(Xi-M)2>(128/L)2×η---(2)]]>(式中，n为区域内象素符合规定条件的总数，Xi为象素在各波段中的DN值，M为区域内均值，L为矢量图内各土地利用类型总数，η为局部变化调整系数)当区域内各点象素值满足(2)式时，判定该区域发生明显土地利用类型变化；另外，可能存在的矢量图内区域的整体类型变化，可对比矢量图内的其他同质区域，以各同质区域的均值为统计基础，判定这些区域均值间是否有大的差异，以此来推断区域的整体变化。为此，设定判别式(3)MT＞MP+(128/L)×ε or (3)MT＜MP-(128/L)×ε(式中，Mr为各区域的均值的统计平均，Mp为区域的均值，L为矢量图内各土地利用类型总数，ε为全局变化调整系数)当(3)式中条件之一成立时，表明相比其他历史同类型区域，该图斑区域的地物特征值有大的变动，即该区域发生了整体变化。
当确定为变化图斑后，将确定的已发生局部变化、全局变化的图斑、做分类判别处理，最终形成变化后的土地类型。分类方法可以采用本领域所公知的技术，例如可参见赵英时等主编的《遥感应用分析原理与方法》(科学出版社北京，2003)。在本文中不再赘述。
以上为说明的目的对本发明的优选实施例进行了详细的描述，但本领域的普通技术人员应该意识到，在本发明的范围和精神内，各种改进、添加和替换都是可能的，并且都在本发明的权利要求所限定的保护范围内。
权利要求
1.一种应用于土地利用/覆盖的遥感变化检测方法，包括获取必要的对地观测遥感数据和相应的历史土地类型图件；对所获得的对地观测遥感数据进行数据匹配处理；对所获得的对地观测遥感数据进行数据波段选择；按照历史土地类型图件中各土地类型分布情况，分区域分析对地观测数据，比较各类型区域的观测数据的统计特征，获取土地利用变化结果。
2.权利要求1所述的匹配方法，主要特征在于，所述对地观测遥感数据为可见光和近红外波段数据，所述方法进一步包括对可见光和近红外波段数据进行预处理的步骤，所述预处理步骤包括如下的一种或多种处理辐射校正、几何校正及影象配准。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述匹配处理的步骤，指以符合标准的地形图为参照图，均匀选取控制点，利用选取的控制点进行二项式迭代运算，达到图象配准的目的
4.权利要求1所述的波段选择，其特征在于，对所述的可见光和近红外波段数据进行波段选择，为基本分析需要，所选波段数目应不小于3个
5.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比较分析包括历史同质的各影象斑块统计计算，影象斑快的局部变化分析、全局变化分析，变化区内的类型确认。
6.根据权利要求5所述的方法所述历史同质的各影象斑块统计计算，其特征在于，斑块内各象素按不同波段分别累加统计其总和，计算平均值，设定阈值，采用判别式(1)初步剔除孤立点。|Xbi-Mb|＞μ(1)(式中，Xbi为象素在各波段不同影象斑块中的DN值，Mb为某波段斑块内均值，μ为沸点过滤标准)
7.根据权利要求5所述的方法，所述影象斑快的局部变化，特征在于，将各斑块内剔除孤立点后的值重新做累加统计，计算均值、方差，设定判别式(2)来检验该区域的变动性并记录检验结果。Σi=1n(Xi-M)2>(128/L)2×η---(2)]]>(式中，n为区域内象素符合规定条件的总数，Xi为象素在各波段中的DN值，M为区域内均值，L为矢量图内各土地利用类型总数，η为局部变化调整系数)
8.根据权利要求5所述的方法，所述影象斑快的全局变化，特征在于，在局部变化记录结果基础上，按记录显示未变化的影象斑块类别不同，分类别进行斑块统计均值累加，计算得出不同类别的影象斑块的统计平均值，设定判别式(3)进行检测，并记录检测变化结果。MT＞MP+(128/L)×ε orMT＜MP-(128/L)×ε (3)(式中，Mt为各区域的均值的统计平均，Mp为区域的均值，L为矢量图内各土地利用类型总数，ε为全局变化调整系数)当(3)式中条件之一成立时，表明相比其他历史同类型区域，该图斑区域的地物特征值有大的变动，即该区域发生了整体变化。
9.根据权利要求5所述的方法，所述变化区内的类型确认，特征在于，在变化记录结果基础上，将确定的变化区域进行分类确认，根据需要精度不同，采用不同的分类方式。
全文摘要
本发明公开了一种应用于土地利用/覆盖的遥感变化检测方法。本发明可利用新型的遥感变化检测方法，避免了传统变化检测的一些不足，结合对历史形成的土地类型调查结果，利用这些结果形成的图件(一般为矢量或具有矢量图斑特征的栅格形式)，对土地利用/覆盖的变化更替做出检测。
文档编号G01V3/00GK1721877SQ20041006308
公开日2006年1月18日 申请日期2004年7月15日 优先权日2004年7月15日
发明者牛铮, 李向军, 王汶 申请人:牛铮, 李向军, 王汶