1、1本科毕业论文（20 届）关于福建地理国情普查影像解译的研究所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期2关于福建地理国情普查影像解译的研究【摘要】本文从地理国情普查的精度要求及工期要求角度出发，重点研究了当前面向高分辨率遥感影像的目视解译人机交互解译以及自动解译的技术和方法，并开展相关的解译实验。通过综合分析以及结合福建地理、植被覆盖情况说明了福建地理国情普查为何采用目视解译方法。并制定了地表覆盖目视解译流程，通过解译实例验证了该流程的可行性以及目视解译方法的实用性。【关键词】地理国情普查、解译方法、目视解译、自动解译、人机交互解译、影像解译3目录摘要.21 绪论.41.1 研究背景.
2、41.2 研究现状.41.3 研究意义.41.4 研究内容.42 地理国情解译实验与综合分析.42.1 解译试验.42.2 综合分析.93 基于地理国情普数据处理系统目视解译.93.1 影像人工解译流程.93.2 常用工具.114 基于地理国情普查数据处理系统的解译实例.124.1 任务和测区情况.124.2 解译具体流程.125 结束语.16感谢语.17附录.1741 .绪论1.1 研究背景福建省第一次地理国情普查项目时间紧、任务重、要求高，且项目开展较晚。地理国情项目规定影像上分界明显的界线采集精度要求应控制在 5 个像素内，采用时相不早于2010 年、地面分辨率为 1 米、2.5 米、局
3、部 5 米的卫星或航空摄影影像数据。影像解译是地理国情普查的重要步骤，影像的解译精度与速度关乎福建地理国情普查能否按期完成和福建地理国情普查的成果精度。1.2 研究现状目视解译、人机交互解译、自动解译是影像解译发展历程的三个阶段 1。目视解译是指人工通过肉眼依照已有经验对影像进行解译，目前目视解译技术仍然广泛的应用于精度要求较高的研究中，特别是高分辨率遥感影像中，目视解译可获得比计算机解译更高的解译精度 2如三北防护林遥感综合调查；张妙玲、俞纯绅釆用了目视解译与野外调查结合的技术对长江三角洲地区耕地变化进行遥感调查，均取得良好的解译效果。人机交互解译是指影像解译过程中一直有人进行人工干预与纠正
4、，如贵州省利用人机交互解译进行的土壤侵蚀调查。自动解译的指通过计算机自动分类对影像自动解译，是影像解译中最理想的方法，通常应用在地质勘探、矿业选矿、林业普查、农业收成评估等宏观方面。随着美国在20 世纪 80 年代成功发射第一颗陆地卫星，计算机的自动解译与分类就已经被遥感技术人员广泛的应用于遥感影像的解译当中，如香港利用改进的最大似然法对港岛地区进行解译分类时获得了良好的解译效果 3。1.3 研究意义面向福建地理国情普查，通过实验对比影像的三种解译方法，阐述了为何选取最原始的目视解译法，并制定相关解译流程。为福建地理国情普查地表覆盖影像解译提供技术手段，为福建地理国情普查的顺利实施提供有力支撑
5、。1.4 研究内容阐述了目前关于地理国情普查影像解译的技术，包括目视解译，人机交互解译，自动解译。通过高分辨率影像的解译实验，通过综合分析比较目前关于高分辨率影像解译技术的解译速度和解译精度还有各自的优劣势以及使用范围。阐明了福建地区为何采用最原始的目视解译法。介绍了关于地理国情普查软件的目视解译流程，并通过解译实例说明该方案的可行性。2.地理国情解译方法与比较2.1 解译实验52.1.1 目视解译实验基于地理国情普查数据处理系统平台。以GDPJ012013 地理国情普查内容与指标为依据，地物类代码采用 CC 码 4。采用折线、流线、曲线编辑等采集工具对图斑进行分割，按照GDPJ032013
6、地理国情普查数据规定与采集要求，遵循“先易后难”的原则，先提取无轨道路路面(0601)、水系(1001)、硬化地表(0710)、房屋建筑区(0500)、裸露地表(0900)等易于提取的地表，再进行耕地(0100)、园地(0200)、露天采掘场(0810)、堆放物(0820)、建筑工地(0830)的提取，最后再处理最为复杂的林地(0300)，逐步提取地表覆盖信息。覆盖分类时，能解译到三级类的不按二级类处理，能解译到二级类的不按一级类处理的顺序进行采集分类。目视解译最终分割的图斑数量有 1316 个，内业耗时 22 h，文件大小 2.78 M，经外业核查，内业分类的正确率在 75.6% ，90.8
7、% 图斑边界精度在限差内，分类错误较多的主要集中在山区针阔混交林、竹林与林地等从影像上难以明显分类的地区。目视解译由于充分利用了解译人员的生活常识和先验知识，水系、道路等纹理清晰和人为开发建设的地物解译基本正确，解译结果正确率高。缺点是解译工作量大，耗时长，长期生产易引起解译人员视觉疲劳，从而导致解译结果正确率下降，解译结果如图 2-1。图 2-1 目视解译2.1.2 自动解译自动解译首先需要确定两方面的工作，一是确定影像分割算法; 二是制定分类策略，建立解译样本点库 5。6影像分割实验运用面向对象的多尺度分割法，基于某种规则组合而成的像元集是面向对象的多尺度信息提取方法的最小研究对象。影像分
8、割在单一尺度下很难兼顾到不同类型的地物特征，所以需要对影像进行不同尺度的分割。除分割尺度外，影响分割效果还有颜色参数和紧致度。颜色权重较大，分割对象的光谱一致性相对较好，而紧致度越小，分割结果的形状就越破碎。通过实验，计算出影像最优尺度，进行 3 次分割。第一次分割尺度为 100，颜色参数、紧致度参数分别为 0.8，0.8，以提取房屋(0500)、道路(0601)、水体(1001)信息。第二次分割尺度为 120，颜色参数、紧致度参数分别为 08，09，以提取水田( 0110)、旱地( 0120)、人工堆掘（0800)信息。第三次分割尺度为 200，颜色参数、紧致度参数分别为 09，09，以提取
9、林地(0300)、草地(0400)、园地(0200)信息。制定分类策略和采集解译样本点分类策略按由易到难、逐级细分原则进行制定，通过目视判断，确定影像中的地物类别。本实验按照GDPJ01 地理国情普查内容与指标的分类体系制定三级分类策略如图 2-2，并在影像区域分别选取目标地类作为解译样本点，直至采集所有地类的样本点，建立解译样本点库。图 2-2 分类策略自动分类在定义了分类策略和建立了解译分类样本后，实验对多尺度分割后的对象采用邻近分类器进行分类。分类后，并不能得到理想的分类结果，需要做进一步的处理，包括对误分、错分的地物重新分类，对地物进行合并，还需要进行局部边缘处理使阴影导致的水体信息、
10、道路得以修复。为了说明自动解译效果，解译结果没有经过人工处理。除去制定分类策略和采集解译样本点库 1 h 的时间，单纯自动解译耗时较短，只花费 3 min，但是分割后的图斑数达 9865 个，文件大小达 56.44M，图斑量大又非常破碎，锯齿突出，83.7% 的图斑边界无法满足精度要求，需要后期花费大量的人工进行修正。与外业核查数据进行比较，一级类分类正确率稍高，在 67% 以上; 二级类分类正确率只有 26.4% ; 三级类分类正确率则更低，由于分割结果不正确而造成的错漏率占 56.2%，解译结果如图 2-3。7图 2-3 自动解译2.1.3 人机交互解译实验提取省级基础测绘 11000 D
11、LG 数据中的水系、道路、居民地线作为分割的参考数据，提取第二次全国土地利用调查数据中的地物分类属性作为国情普查地表覆盖分类的属性。将两种数据套合影像，ArcMap 软件中先由人工提取林地(0300)、园地（0200)、露天采掘场(0810)、堆放物(0820)、建筑工地(0830)、水田(0110)、旱地( 0120) 6 等信息，而几何形状特征突出，与相邻地物光谱信息差异大的水系(1001)、无轨道路路面(0601)、房屋建筑区( 0500) 则由计算机解译通过几次反复交叉工作，实现地表覆盖信息分类提取。人机交互解译分割后依然存在 4566 个图斑，由于人员的参与分割的正确率能提高到62.
12、5%，分割文件 29.5M，图斑边界 406% 在限差内，总体耗时 26h。因此，人机交互解译与目视解译相比，作业效率并没有提高。原因在于，除了对已有参考数据进行必要的整合以符合国情普查要求外，计算机自动解译部分会额外增加许多无效图斑，需要后期花费大量的时间进行人工修正 7， 解译结果如图 2-4。8图 2-4 人机交互解译2.2 综合分析通过三种实验方法，得到三种解译结果。下面如表 2-5 从解译的适用条件、效率、精度等多方面进行分析:9解译类型 目视解译 自动解译 人机交互解译图斑数/个 1316 9865 4566文件大小/M 2.78 56.44 29.5总体耗时 22h 3min 2
13、6h分割边界评价 90.8%在限差内 85.6%无法满足精度要45.5%在限差内分类正确率 75.6% 26.4% 62.5%优点 解译精度高 用时短 正确率尚可缺点 工作量大，受解译人员的经验水平的影响。解译精度低、存在同谱异物和异物同谱的现象 8正确率不及目视解译法，用时却比目视解法长。适用地形 适用于地物种类较少、地形相对简单、地物破碎度较小的解译区域。适用于植被覆度低、地形简单、地物破碎度较小、纹理明显的解译区域。适用于地形复杂、地物分类破碎度大、线性地物数占总体地物分类数比重大的解译区域表 2-5 综合分析由于福建省植被覆盖度高，地物纹理特征不明显，自动解译分割出的图斑边界基本不准确
14、，从而导致解译结果错误率极高。另外，福建山地、丘陵、平地和河流多种地貌交错，难以找到适合某种单一地形地貌的分割尺度，因此，分割结果无法满足要求，也造成分类的错误。所以采用最基本最原始的目视解译方法对影像进行解译。3 基于地理国情普查数据处理系统目视解译3.1 地理国情目视解译流程建立如图 3-1 所示的目录组织结构，用 arcmap 建立文件地理数据库（GDB）导入多个10要素，将内业提供的国情要素导入到 GDB 中对数据进行升级。定义投影， 选择 2000 坐标系对图幅进行坐标系的建立。在软件中建立临时层和图框，然后对图斑进行分割绘 LCA 临时线再对图斑进行属性说明绘 LCA 点将 CC 码和 TAG 值植入图斑。在地理国情数据采集工具栏中利用实交断线命令进行悬挂点、伪节点检查设置容差，检查修改完毕后对分割后的图斑进行自动构面，再对图斑图幅进行赋属性，对属性框中出现错误图斑，则根据属性框中提示的错误类型进行属性修改。把临时层中的数据添加到 LCA 图层中后删除临时层，具体流程如图 2-2 所示。图 3-1 目录组织结构
