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摄影测量与遥感影像的变化检测

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2018-05-14

  1.研究背景和意义

  就目前来看,遥感技术无论从应用范围还是效果上都已经取得了较大的发展,尤其是对于一些大型规划类工程建筑项目来说,遥感技术通过其特有的非接触式测量功能,对土地的利用和覆盖情况有着较为准确的信息反馈。这使得其被广泛的应用于各种工程的资料和信息搜集的活动中。随着遥感技术和卫星技术的不断发展,现代遥感技术在发展过程中也面临着一系列的挑战。尤其是自动化检测分析方面,如果不能更好的配合摄影测量,将会严重的影响遥感技术的测量结果。并且随着遥感技术的应用范围越来越广泛,已经从原先的工程测量发展到农业调查、林业监测、城市管理规划等各个领域,并且开始有迹象发展到海洋和内陆水体监测、湿地监测管理、自然灾害监测以及军事侦察和打击效果评估等重大工程中,所以从应用前景上看,遥感技术也应该进一步的自我完善。

  最初的遥感影像变化监测技术由于受到当时的设备和技术条件的限制,通常要在信息传输的过程中通过人工来完成翻译内容,但是这种人工翻译不仅效率较低,准确率也得不到保证,并且对于翻译人员的专业素质的要求非常之高,所以其应用效果并不理想。


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  2.变化检测的研究现状

  目前,在国际上对于遥感技术的研究方面的共同努力下,现代遥感技术已经可以提供全球性的数据观测了,但是由于获取的数据较为驳杂,所以,要想获得所需要的专门性的工程信息,还是要通过一定的技术对所得信息进行处理,而变化监测技术就是这样一项技术。

  一般来说,变化监测技术就是根据多次观测来确定某一待测物体的具体的状态,对于一些处理动态过程的物体来说,变化监测就是一个其变化发展的全过程的实时记录。而对于遥感技术来书,变化监测技术的应用不仅是指的是以上内容,还包括这样几个方面:首先,要能够帮助判断待测物体的位置是否发生了变化,即是否在监测的过程中发生了位移;其次,要能够判断待测物体的发生变化的位置区域;再次,要能够根据物体的变化的具体情形来判断物体的变化性质;最后,要能够根据物体的变化参数判断其时间和空间分布模式。

  在上述功能中,前两项指的是变化检测的最基本的目标,也是其技术指标的基本要求,后两项的具体应用情况,要根据监测的物体的不同重新选择和定义。

  变化检测存在的困难:

  虽然变化检测的基本方式和方法已经在遥感技术的很多监测领域得到了落实和应用,但是从某种程度上看,遥感影像的变化监测的技术还并不是十分完善,还有很大的发展空间。

  2.1理论上的欠缺

  所谓理论上的欠缺,就是指遥感影像变化检测技术从目前来看,还没有一个强有力的技术理论体系,其众多支撑技术也相对的不够完善。建立在这种理论和技术基础上的遥感影像技术难免在应用的过程中,会产生各种各样的缺点,理论的进一步完善是技术发展的重要前提条件之一。

  2.2变化检测方法自身的不足

  所谓变化监测方法的不足,就是指在具体的操作过程中,对该技术的应用存在缺陷,一般来说,在使用该技术对待监测的物体进行位置判断的过程中,通常会出现两时相影像分类错误的状况,这种现象不仅严重的影响了监测结果的精度,也给变化闽值的确定带来了困难。同时,这种方式在具体的操作过程中,其监测结果业容易受到各方面的因素的影响,尤其是具体的操作员的技术。

  与此同时,一旦在测量的过程中出现常多光谱遥感影像的测量需求,就目前的变化检测的方式来看,并不能很好的处理多个影响之间的位置和顺序关系,严重的制约了测量结果的准确性。

  2.3对数据质量要求严格

  绝大多数变化检测方法对数据的统计分布要求比较严格,方法实施的时候需要事先知道数据的统计分布模型如高斯分布等。同时,大多数变化检测方法对输入影像之间的辐射度差别、噪声等因素的影响比较敏感,对数据预处理的要求较高。

  2.4适用数据源有限

  传统变化检测方法通常要求不同时相的两幅影像来自同一传感器,而对于来自于不同传感器的影像,如一个时相为MSS,另一时相来自TM或者SPOT,除了分类后比较法以外就基本上无能为力了。同时,现有的方法绝大多数都是针对光学遥感影像设计的,直接应用于诸如雷达影像等新型传感器获取的遥感数据通常比较困难。

  针对上述问题,在总结归纳现有变化检测方法的基础上,针对中分辨率星载多光谱遥感影像变化检测的特点和要求,引入一些新的数学模型和分析方法,重点解决时相间变化信息 自动高效提取的问题,在一定程度上克服现有方法存在的缺陷,力求提高变化检测的精度和效率。

  3.变化检测研究内容

  变化检测的理论和技术方法主要由数据选取和预处理、变化检测、检测结果精度评估三大部分组成。数据选取和预处理包括了遥感影像及辅助数据的选择获取,多时相影像数据的几何配准和辐射校正等,变化检测就是选用行之有效的方法手段从影像中提取变化信息,检测结果精度评估是指采用定量指标评价变化检测结果的精度水平。如前所述,变化检测方法可归结为分类后 比较和直接比较像元光谱两大类,其中后者是目前实际应用中常用的方法和技术路线。

  3.1从多时相多光谱遥感影像构造差异影像

  多时相多光谱遥感影像包含多个光谱通道,通道数太多对于变化分析解译会带来较大的困难,同时各通道上均包含了部分变化信息,这些信息之间存在着一定程度的相关和冗余,也会影响到变化分析的效率。要全面地检测不同时相之间发生的变化,就必须首先将这些变化信息通过变换有效地集中到少数几个变量中,构造出不同时相之间的差异影像。

  针对光谱通道间的相关性对多光谱遥感影像变化检测存在影响的问题,引入多元统计中的典型相关分析方法,应用基于典型相关分析的多元变化检测方法(MAD),实现最大限度地消除各光谱通道之间的相关性,以便有效地集中和突出不同时相之间的差异信息。

  3.2从差异影像中提取变化区域

  对于变化检测而言,仅仅构造出两时相之间的差异影像是不够的,还需要从差异影像中将发生了变化的区域鉴别提取出来。传统方法是根据经验,通过人工或半 自动地选定变化闽值来提取变化区域的,这样做通常效率不高,可靠性也难以保证,因此急需寻求能够自动确定变化闽值的方法。变化区域提取方法在应用于光学影像变化检测时,利用了差异影像中各类像元服从高斯密度分布这一基本假设。

  由于对多时相的单通道SAR影像采用比值对数拉伸所构造的差异影像中的各类像元也近似服从高斯分布,这些方法同样可以应用到了SAR影像变化检测研究中,其变化检测也是适用和有效的。

  4.结论

  综上所述,随着遥感技术已经越来越广泛的被应用于工程测量和生产建设的各个领域中,遥感技术中的各种具体技术的控制也引起了有关部门的重视。



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