一种基于对称理论的土地利用/覆被变化矢量图中假变化检测方法

文档序号:8260131阅读:462来源:国知局
一种基于对称理论的土地利用/覆被变化矢量图中假变化检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明为地理信息系统与图形学交叉的信息领域,特别涉及一种基于对称理论的 土地利用/覆被变化矢量图中假变化检测方法。
【背景技术】
[0002] 近年来,随着全球变化研究工作的深入,土地利用/覆被变化(LUCC)研究逐渐成 为全球环境变化和区域环境质量评价的核心组成部分。土地利用/覆被变化数据作为全球 环境变化、区域环境质量评价的核心基础数据,其精度对后续的研究有影响巨大,已成为目 前需要解决的重点和难点问题。
[0003] 土地利用/覆被变化可以通过两个或多个时期的土地利用/覆被图间的比较来获 得,一般通过地理信息系统中的叠加操作来生成两或多个时期间的土地利用/覆被变化矢 量图,并用变化图斑来表达对应的变化地块。而不同时期的土地利用/覆被图间的空间误 差会对变化结果产生巨大影响,这种影响主要是指叠加操作后产生的假变化图斑。而来源 于土地利用解译原始影像的空间配准误差(尤其是偏移误差)是产生这种假变化的主要原 因。据研究,当空间匹配误差距离为原始影像分辨的1/5时,会对变化结果产生10%的误差。 而对于解译于低分辨率遥感影像的历史土地利用数据来说,1/5的误差是经常存在的。
[0004] 目前,有两类方法用于评估土地利用/覆被变化矢量图的精度或误差。一种是利 用不确定性模型,采用混淆矩阵、Kappa系数或基于这两种方法的改进方法来评估土地利 用/覆被变化矢量图的精度。这类方法有两个缺点:一是该类方法只能对整个区域进行精 度评估,无法对应到具体的土地利用图斑上;二是需要原始土地利用/覆被图及解译遥感 影像的混淆矩阵信息,而对于很多土地利用/覆被图,尤其是历史土地利用/覆被图,该信 息已无法或是很难获取。另一类方法是从判断变化图斑本身是否为假变化来评估土地利 用/覆被变化矢量图的精度或误差,这一类方法通过变化图班本身的尺寸和形状来判断图 斑是否为假变化,认为细长形、小面积图斑为假变化。这一类方法包括:周长/面积比、CPA (Correctedperimeter-areaindex)、S2、e带、周长指数等。这一类方法的优点是不需要 原始土地利用/覆被图及其解译影像的相关背景信息,完全根据变化图斑的几何特征来评 估。但在实际的土地利用/覆被变化矢量图中,很多细长图斑并不是假变化,如:草地退化、 森林退化、湿地退化等都是在其边缘发生的,并且都有狭长的特征。而小面积的图斑更不能 做为假变化的依据,在精度较高的土地利用/覆被变化矢量图中,小面积的变化图斑经常 存在。
[0005] 通过对因土地利用/覆被图的解译数据源--原始影像偏移误差而引起的假变 化图斑及假变化图斑与原始土地利用/覆被图斑的空间分布关系的分析,我们发现如下特 征:
[0006] (1)针对单个原始土地利用图斑,其关联变化图斑可分为两类:一是原始土地利用 类别与原始图斑的土地利用类别一致;二是变化后的土地利用类别与原始图斑的土地利用 类别一致;
[0007] (2)针对单个原始土地利用图斑,这两类变化图斑中的假变化图斑在数目和面积 上有一定的对称性,该对称性特征在原始土地利用图斑的相关变化图斑只有假变化时尤为 显著,如附图5中,左侧图为早期原始图斑及第二个时期的图斑,这两期数据在该图斑处未 发生变化,但两期数据间的有位置偏移。右侧为两期数据叠加产生的变化图,从图中可以看 出,原始图斑周边的变化图斑都为因偏移而引起的假变化,且两类假变化图斑在数目和面 积上有明显的对称性。
[0008]针对因原始影像偏移误差而引起的土地利用/覆被假变化图斑在空间分布上的 特征,在分析现有假变化检测方法的局限性基础上,通过消除假变化图斑来提高土地利用/ 覆被变化矢量图的精度,为基于土地利用/覆被变化数据进行进一步的应用分析提供更可 靠的基础数据源,是本发明提出的初衷。

【发明内容】

[0009]本发明要解决的技术问题是:针对现有土地利用/覆被假变化图斑检测方法对因 原始影像偏移误差而引起的土地利用/覆被假变化图斑存在缺陷的事实,提出了一种基于 对称理论的土地利用/覆被变化矢量图中假变化图斑检测方法,通过原始土地利用/覆被 图中地块图斑关联假变化图斑的对称关系来检测因原始影像偏移误差而引起的土地利用/ 覆被假变化图斑,并将该方法在地理信息平台上进行了实现,能高效检测出因原始影像偏 移误差而引起的土地利用/覆被假变化图斑。
[0010] 本发明解决其技术问题所采用的方法包含如下步骤:
[0011] 1、若已有研究区域的两期土地利用/覆被矢量图,未生成土地利用/覆被变化矢 量图,则首先利用地理信息系统中的常用工具一叠加分析操作,生成土地利用/覆被变化 矢量图,在生成时,需保留变化图斑的原始土地利用类型及变化后的土地利用类型这两个 属性。变化图中将只包含土地利用/覆被性质发生变化的图斑;
[0012] 2、打开两个时期中较早期的原始土地利用/覆被图及生成的土地利用/覆被变化 矢量图,并针对原始土地利用/覆被图中的每一个土地利用/覆被图斑(本发明中称做原始 图斑)做3-7步骤的检测操作;
[0013] 3、在土地利用/覆被变化矢量图中查找原始图斑的关联变化图斑,关联变化图斑 包含两类:一是与原始图斑相邻,且其原始土地利用类别或是变化后的土地利用类别与原 始图斑的土地利用类别一致;二是在原始图斑附近,且与原始图斑的形状相同,同时原始土 地利用类别或变化后的土地利用类别与原始图斑的土地利用类别一致。这类变化图斑是由 于偏移距离大于原始图斑在偏移方向上的宽度,这类图斑一般是成对出现,一个在原始位 置,另一个与原始图斑间的距离
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