遙感科學(xué)與技術(shù)畢業(yè)論文開題報(bào)告資料

1、1引言（研究課題意義以及遙感技術(shù)概況）2選擇遙感影像（landsat）（研究區(qū)概況 遙感信息源（圖像來源以及基本信息）研究方法（方法大致介紹）圖像分類成哪幾種其中建筑用地分為哪幾種）3影像預(yù)處理（各種方法對(duì)比選擇最佳）（處理流程以及處理后的圖像）4信息提取方法（各種方法比較選擇最適合的一個(gè)）將各種方法以此列出比對(duì)選擇附加流程圖和方程對(duì)各個(gè)波段進(jìn)行分析選擇比較1引言隨著我國(guó)的不斷發(fā)展，農(nóng)村城鎮(zhèn)化和城市現(xiàn)代化的建設(shè)腳步進(jìn)一步加大。在城市范圍內(nèi),城市建筑用地，包括居住地，公共設(shè)施、工業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)、對(duì)外交通、道路廣場(chǎng)、市政公用設(shè)施以 及特殊用地等（不包括水域）是城市土地利用中最為活躍的因子，也是變化擴(kuò)展最

2、為迅速的土 地利用地類”對(duì)于土地資源一定的城市，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市建筑用地的增長(zhǎng)是必然的趨勢(shì)，同 時(shí)伴隨著其它土地利用類型的減少，另一方面也會(huì)導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)增強(qiáng)，城市景觀破壞等一系列問題，因此，快捷、 準(zhǔn)確與客觀地提取建筑用地信息，全面掌握獲得不同時(shí)期城鎮(zhèn)建筑用地的分布范圍和面積資料，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)城市建筑用地使用狀況，分析城市建筑用地對(duì)非建用地的影響對(duì)科學(xué)合理地進(jìn)行城鎮(zhèn)規(guī)劃，控制建筑用地規(guī)模，有效保護(hù)中國(guó)寶貴有限的耕地資源與淡水資源，都具有十分重要的作用。在進(jìn)行城鎮(zhèn)建筑之前需要提前選好適宜的地理位置，但是各地土地利用的數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)程度差異較大，紙質(zhì)地圖過時(shí)較快， 地圖數(shù)字化耗時(shí)耗力，航空像片提取城

3、鎮(zhèn)信息花費(fèi)太高且缺乏周期性的航攝數(shù)據(jù)，實(shí)地勘探又太過浪費(fèi)人力物力，這些因素都限制了對(duì)城鎮(zhèn)建筑用地信息的分類以及快速高效獲取。而遙感具有不與同標(biāo)地物接觸，大面積同步觀測(cè)、經(jīng)濟(jì)性、時(shí)效性等特點(diǎn)，是一種高效的研究方法。Landsat TM影像在遙感領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，能識(shí)別到鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級(jí)的居民地。土地利用類型土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和其它用地等土地利用類型，其中 耕地包括水田和旱地，林地包括有林地、灌木林地、疏林地、其它林地，草地包括高覆蓋草 地、中覆蓋草地、低覆蓋草地，水域包括河流溝渠、湖泊、水庫(kù)和池塘、灘地，建設(shè)用地包 括農(nóng)村居民點(diǎn)、城鎮(zhèn)用地、工交等其它建設(shè)用地，其它用地包

4、括沼澤地、裸土地、裸巖石礫 地、海域等。2選擇遙感影像 專題制圖儀（TM）是航天遙感中的一種重要的信息源，它是由陸地衛(wèi)星（Landsat）上所載的第二代光學(xué)機(jī)械掃描儀所收集，并將地物信息記錄在數(shù)據(jù)磁帶上，發(fā)送回地面，各地面站將數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，糾正等處理，而形成的各種可視圖像。TM圖像共有7個(gè)波段，除了 TM6外，其余波段地面分辨率為28.5m x28.5m因此，在較大面積航天遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，主要采用A B圖像作為信息源，覆蓋我國(guó)城鄉(xiāng)的TM圖像是以16d重復(fù)一次的頻度源源不斷地接收處理，這為TM圖像應(yīng)用提供了條件。另一方面，TM數(shù)據(jù)由于具有較高的空間分辨率和良好的時(shí)間連續(xù)性，是城市擴(kuò)展研究中常用的

5、數(shù)據(jù)源，與高分辨率數(shù)據(jù)如快鳥等相比較，在保證一定精度的情況下具有高的性價(jià)比。（研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)）3圖像預(yù)處理包括輻射校正，幾何校正和利用行政區(qū)劃矢量圖對(duì)研究區(qū)進(jìn)行影像裁切，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)的合成與融合等處理，得到研究區(qū)影像和所需的各種合成影像。輻射校正：包括輻射定標(biāo)，大氣校正和地形校正。光學(xué)傳感器接受輻射通量在理想狀態(tài)下應(yīng)該是地物反射輻射亮度的精確測(cè)量值，而實(shí)際情況是,在地物反射輻射值在傳送到傳感器前，要經(jīng)過輻射源到大氣層到地球表面到探測(cè)器的一系 列過程，因而傳感器獲得的輻射通量存在誤差，輻射校正的目的是消除由于大氣等自然因素 所帶來的輻射誤差。輻射誤差有兩種：傳感器內(nèi)部本身的誤差和由大氣，地形等

6、引起的外部誤 差，內(nèi)部誤差一般是系統(tǒng)內(nèi)部的確定的，可以通過衛(wèi)星自身的星上輻射定標(biāo)和替代輻射定標(biāo)來確定的，外部誤差是變化的 ，它受不同研究區(qū)的環(huán)境因素影響，需要根據(jù)研究自身的需要來進(jìn)行校正在平原地區(qū)只需進(jìn)行大氣校正，而在山區(qū)除了要進(jìn)行大氣輻射校正外，還需進(jìn)行地形的輻射校正。1）輻射定標(biāo)輻射定標(biāo)是確定影像 DN值與輻射亮度的過程，它的結(jié)果是獲得了一個(gè)聯(lián)系 DN值與輻射亮度 L的公式和參數(shù)，從而可以計(jì)算影像的輻射亮度和地表反射率。2）大氣校正大氣校正的目的是要減消大氣對(duì)地表反射率的影響，大氣校正的方法有很多方法，按照校正的結(jié)果可分為相對(duì)大氣校正方法和絕對(duì)大氣校正，相對(duì)大氣校正后得到的影像，相同的DN

7、值代表相同的地表反射率，不考慮實(shí)際的地表反射率， 絕對(duì)大氣校正是將遙感影像的DN值轉(zhuǎn)換為地表反射率的方法 ”按照校正過程可以分為直接大氣校正和間接大氣校正，直接大氣校正是參照大氣狀況對(duì) DN值進(jìn)行校正，大氣狀況參照標(biāo)準(zhǔn)的大氣模式和地面實(shí)測(cè)資料或由影 像本身進(jìn)行反演得到，間接大氣校正指對(duì) NDVI等一些遙感常用函數(shù)進(jìn)行重新定義，形成新的 函數(shù)模型，減少大氣的影響，輻射傳輸模型是在大多數(shù)大氣校正方法中校正精度較高的一種 方法,利用電磁波在大氣中的輻射傳輸原理建立模型來的對(duì)遙感影像進(jìn)行大氣校正，其中用 得最廣泛的是6s模型、LOWREAN模型和MORTRAN模型，由于本次研究所使用數(shù)據(jù)由遙感 衛(wèi)星地

8、面站直接購(gòu)得，輻射校正和影像拼接部分已經(jīng)完成，所以只需要完成幾何校正和研究區(qū) 的行政邊界裁切即可得到研究區(qū)的使用數(shù)據(jù)。幾何糾正遙感影像的幾何誤差主要表現(xiàn)為影像的位移、旋轉(zhuǎn)和像元地面相對(duì)實(shí)際位置的扭曲和偏移，為了保證遙感影像處理的準(zhǔn)確性和在其進(jìn)行空間分析時(shí)具有標(biāo)準(zhǔn)的地理空間坐標(biāo)，必須對(duì)遙感影像的幾何誤差進(jìn)行校正，其基本步驟為：一是采集合適的地面控制點(diǎn)；二是依據(jù)控制點(diǎn)對(duì) 影像進(jìn)行空間變換；三是對(duì)空間變換后的影像進(jìn)行像元灰度值的內(nèi)插重采樣。I）地面控制點(diǎn)（GCP的選取這個(gè)是幾何糾正中最重要的一步。在所選區(qū)域的地形圖與TM影像中選取同名地面控制點(diǎn)20個(gè),地面控制點(diǎn)應(yīng)具有以下特征 :1地面控制點(diǎn)在影像上

9、應(yīng)有明顯和清晰的定位識(shí)別標(biāo)志，如道路交叉點(diǎn)、河流交叉口、建筑邊界、農(nóng)田界線等；2地面控制點(diǎn)上的地物應(yīng)不隨時(shí)間而變化，以保證當(dāng)兩幅不同時(shí)段的圖像或地圖幾何糾正時(shí) ，可以同時(shí)識(shí)別出來；3在沒有做過地形糾正的圖像上選控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)在同一地形高度上進(jìn)行；地面控制點(diǎn)應(yīng)當(dāng)均勻的分布在整幅影像內(nèi)，保證一定的數(shù)量，地面控制點(diǎn)的數(shù)量、分布和準(zhǔn)度直接影響幾何糾正的效果和對(duì)地物判讀的效果，控制點(diǎn)選取的精度和難易程度應(yīng)與影像質(zhì)量地物特征及影像空間分辨率相關(guān)，以達(dá)到研究要求精度為目標(biāo)。2）影像的空間變換地面控制點(diǎn)確定后，通過GCP對(duì)原始影像幾何畸變的過程進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，建立原始畸變影像空間與標(biāo)準(zhǔn)幾何空間的數(shù)學(xué)對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而

10、利用這種關(guān)系將畸變的影像空間中全部的元素轉(zhuǎn)換 為標(biāo)準(zhǔn)空間中的元素，把原始影像變形看成是某種曲面，輸出圖像則為規(guī)則的平面，從理論上講,任何曲面都能可以用適合的高次多項(xiàng)式來模擬。第二步是選擇合適的坐標(biāo)變換函數(shù)式（即數(shù)學(xué)糾正模型）,建立影像坐標(biāo)（x,y）與其參考坐標(biāo)（X,均之間的關(guān)系式，通常稱為多項(xiàng)式糾正模型，假設(shè)影像中的點(diǎn)以（x、y）表示,畸變TM影像中的點(diǎn)（X、丫表示，兩者的函數(shù)影射關(guān)系為：N N-ii-0 ；-0N N-ij=o y=o通過已經(jīng)得到的地面控制點(diǎn)，采用二次多項(xiàng)式作為幾何校正模型，以最小二乘法求出多項(xiàng)式的 系數(shù)，然后對(duì)整個(gè)影像進(jìn)行坐標(biāo)變換，校正誤差控制在0.5個(gè)像元之內(nèi)3）重采樣重

11、新定位后的像元在原影像中分布不均勻，絕大多數(shù)不在原來的像元中心，即輸出影像像元點(diǎn)在輸入圖像中的行列號(hào)不全是整數(shù)關(guān)系，因此必須重新計(jì)算新位置像元的 DN值，進(jìn)行DN值的內(nèi)插計(jì)算也就是重采樣 ”常用的內(nèi)插方法包括：1最鄰近法將最鄰近的像元的 DN值賦予新像元，該方法的優(yōu)點(diǎn)是輸出影像最大程度上保持 原有性，簡(jiǎn)單迅速，但此方法最大可產(chǎn)生半個(gè)像元的位置偏移造成輸出影像中某些圖斑的破 碎.2雙線性內(nèi)插法使用鄰近四個(gè)點(diǎn)的像元 DN值,按照其距離的遠(yuǎn)近賦予不同的權(quán)重，進(jìn)行線性內(nèi)插，該方法邊緣受到濾波平滑的作用，產(chǎn)生一個(gè)比較連貫的影像，其缺點(diǎn)是破壞了原有的像元DN值,對(duì)以后的影像分類產(chǎn)生一定的影響3三次卷積內(nèi)插

12、法與雙線性內(nèi)插相似但原理更為復(fù)雜 ，使用鄰近周圍的16個(gè)像元DN值,用三次卷積函數(shù)進(jìn)行內(nèi)插，這種方法對(duì)可使邊緣均衡化和清晰化 ，但更加破壞了原像元的 DN 值,計(jì)算量大（由于實(shí)驗(yàn)需要保持影像的原有性，因此選擇最鄰近法較為合適）邊界裁剪對(duì)遙感影像進(jìn)行上述處理后，利用1:100萬(wàn)中國(guó)行政邊界矢量圖中的研究區(qū)邊界對(duì)影像進(jìn)行裁剪。影像波段組合以及增強(qiáng)處理TM影像共有7個(gè)波段，不同的波段以不同的波譜頻率反映地物信息，在利用TM影像數(shù)據(jù)提取地物信息時(shí)，更多的光譜波段參與影像的處理，能夠更為有利的提取所需的專題信息，但過多的波段同時(shí)參與地物信息提取分類，會(huì)造成數(shù)據(jù)處理時(shí)間過長(zhǎng)生成冗余的數(shù)據(jù)，降低了提取的精度

13、，反而利用較少合理的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，能提高信息提取的效率，因此遙感影像波段選擇和組合十分重要。假彩色合成中波段的選擇是很重要的環(huán)節(jié)，波段選擇的結(jié)果直接影響到假彩色合成影像信息提取的精度，選擇遙感影像波段組合的依據(jù)有兩類：一是波段信息量的大小,二是影像的光譜特征。選擇假彩色合成影像波段組合判斷的標(biāo)準(zhǔn)是:（1）各個(gè)波段的標(biāo)準(zhǔn)差要大,TM影像數(shù)據(jù)各個(gè)波段的標(biāo)準(zhǔn)差反映了信息的離散度，即其信息量，標(biāo)準(zhǔn)差越大的波段信息量越大(2)組合波段間的相關(guān)系數(shù)要小,TM影像數(shù)據(jù)各波段間存在一定的相關(guān)性，如果它們 之間的相關(guān)性太高會(huì)導(dǎo)致大量重復(fù)冗余的信息，使合成影像的信息量總體不高，同時(shí)影響合成影像色彩的飽和度，在假彩

14、色合成影像上如果三個(gè)波段之間的有很高的相關(guān)性會(huì)使得影像的 飽和度差，組合的各波段的均值大小不能相差太遠(yuǎn)，如果TM影像數(shù)據(jù)各波段的均值相差太多，會(huì)導(dǎo)致合成影像嚴(yán)重的偏色，(4)提取專題信息應(yīng)選用帶有目標(biāo)物特征波譜帶的波段。分別用線性拉伸或直方圖均衡化對(duì)TM的各波段進(jìn)行處理，并用目視判讀的方法判定居民地在各波段上的可識(shí)別性，對(duì)這些波段進(jìn)行了部分合成，如TM4與TM7, TM1+TM2+TM3，TM2+TM3+TM4，TM3+TM4+TM5 等。4信息提取方法(1) NDBI提取法NDBI又稱歸一化建筑指數(shù)，在典型TM影像上，TM4和TM5兩波段除了城鎮(zhèn)灰度值偏高外，其他地類灰度值都變小。 NDBI

15、=(TM5-TM4)/(TM5+TM41很顯然NDBI取值在一 1與1之 間。然后根據(jù)NDBI求出比值圖像后，進(jìn)行二值化處理，令W0像元賦值為0 , 0像元賦值為255。紅色表示灰度值為 255的像元，即是城鎮(zhèn)區(qū)域，藍(lán)色是灰度值為0的那些像元。NDBI指數(shù)法，結(jié)果是唯一的。與監(jiān)督分類相比，最大的優(yōu)越性和好處就是，不摻雜有任何 人為因素，非常客觀公正，而且精度也能保證，完全可以達(dá)到監(jiān)督分類的最好精度(強(qiáng)于非監(jiān)督分類)，精度滿足應(yīng)用的需要，NDBI操作簡(jiǎn)單、易行、 客觀，不因人、因時(shí)而異，結(jié)果唯一客觀。(2) 手工提取法手工提取法可直接在遙感圖像上提取矢量多邊形。存在的問題是對(duì)提取者的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)要

16、求較高，城鎮(zhèn)中多種地物交錯(cuò)，邊界不明顯；手工提取較費(fèi)時(shí)且精度不高，操作也不方便。經(jīng)手工 提取對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在影像上手工提取城鎮(zhèn)信息，采用TM543組合較其它組合要好。 受TM圖像本 身分辨率的限制，實(shí)驗(yàn)中采用手工提取方法邊界確定比較困難，誤差較大；各地類交錯(cuò)，手工提取過于復(fù)雜不宜采用。(3) 監(jiān)督分類以及非監(jiān)督分類法監(jiān)督分類法需從研究區(qū)域選取有代表性的訓(xùn)練場(chǎng)地作為樣本建立判別函數(shù)，據(jù)此對(duì)樣本像元進(jìn)行分類，依據(jù)樣本類別的特征來識(shí)別非樣本像元的歸屬類別。非監(jiān)督分類方法是在沒 有先驗(yàn)類別作為樣本的條件下，主要根據(jù)像元間相似度大小進(jìn)行歸類合并。訓(xùn)練場(chǎng)地的選擇 是監(jiān)督分類的關(guān)鍵，樣本數(shù)目也要能滿足分類要求。

17、監(jiān)督分類受人為影響的因素比較大，客觀性比較差。目前，監(jiān)督分類配合野外調(diào)查是目前遙感圖像分類常用的方法，(4) 比值居民地半自動(dòng)提取法比值居民地指數(shù)(Ratio Resident-area Index，RRI) RRI=TM仃M46，保留 RRI 介于 1.476 至 3.333的范圍，二值化后保留的地物主要為城鎮(zhèn)和河流，手工提取河流后對(duì)二值化圖像進(jìn)行掩摸處理，去除河流部分，剩下的就是城鎮(zhèn)。該方法需手工去除河流信息，提取結(jié)果中去除了林地、耕地、園地、綠地、裸地的影響，但水體邊界和山體陰影被劃分到城鎮(zhèn)中來，尤其是在地形起伏較大的地方，使用該方法遺留了山體陰影，水體邊界也被劃分到城鎮(zhèn)信息中來。不同地

18、 區(qū)手工去除河流也會(huì)產(chǎn)生一定誤差。(5) 綜合閾值法先采用歸一化植被指數(shù)(NDVI)進(jìn)行植被區(qū)和非植被區(qū)的區(qū)分，閾值為0時(shí),城鎮(zhèn)和其它地類 被劃分入非植被區(qū)。引入NDVI參數(shù)后，還可消除異物同譜現(xiàn)象，該參數(shù)在城郊地帶效果比較明顯。剩余的非植被區(qū)(裸地、陰影、水體、建筑 )中,裸地和城鎮(zhèn)灰度稍高，水體、河流和陰 影灰度偏低。采用 TM1/TM4可增大差別。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，在剩余地類中，采用TM1/TM4T就可去除 裸地，留下的是河流、水體、陰影和城鎮(zhèn)。T值的變化主要和圖像的季相變化相關(guān)，T值在1.51.9之間，春夏季在1.5附近，秋冬季在1.9附近,該值也可根據(jù)實(shí)際情況靈活 調(diào)整。剩余地類中城鎮(zhèn)的TM4TM5;城鎮(zhèn)的TM2TM5;城鎮(zhèn)的TM2+TM3TM4+TM5。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn), 采用TM2+TM3TM4+TM5作為第3個(gè)條件效果較好。同時(shí)運(yùn)用以上3個(gè)條件可實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)信息提取。(6) )計(jì)算機(jī)訓(xùn)練識(shí)別將研究區(qū)分為林地、農(nóng)用地、草地、城鎮(zhèn)用地、水體、灘涂、未利用地 7個(gè)類型。處理中先對(duì)影像進(jìn)行了主成分(PCA)變換將Landsat影像中有高