侵蝕溝人機(jī)交互式遙感解譯分析

本文格式為Word版，下載可任意編輯——侵蝕溝人機(jī)交互式遙感解譯分析常用的一種方法，它能使結(jié)果更確鑿，適合對(duì)某一地物特征進(jìn)行解譯，適用于小區(qū)域內(nèi)的遙感解譯。

3侵蝕溝遙感解譯

3.1遙感影像的處理及信息提取

該研究采用的數(shù)據(jù)源SPOT5高分辯率衛(wèi)星影像，在提取侵蝕溝信息之前，首先對(duì)SPOT影像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)、不同波段融合、圖像融合等處理，進(jìn)而對(duì)圖像幾何校正以及進(jìn)行相關(guān)信息的提取。具體操作如下。

3.1.1圖像配準(zhǔn)。

影像配準(zhǔn)是指將多個(gè)圖像的同名影像進(jìn)行幾何校正變換重疊，即實(shí)現(xiàn)影像與其匹配的地理坐標(biāo)及像元空間分辯率上的一致[6]。由于不同時(shí)間、不同條件、不同類型傳感器獲得的遙感數(shù)據(jù)在投影方式、精度、分辯率、比例尺等方面存在很大差異，所以在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要將同一地區(qū)收集到的各種遙感數(shù)據(jù)相互“匹配〞，充分利用不同影像的優(yōu)點(diǎn)，這種方法稱為多圖像的幾何配準(zhǔn)。它是進(jìn)行動(dòng)態(tài)效果監(jiān)測(cè)、信息復(fù)合、以及變化信息的提取等工作中必不可少的組成部分。

在處理遙感影像前要對(duì)不同時(shí)相的影像進(jìn)行配準(zhǔn)，并將圖像與地形圖進(jìn)行幾何校正。

幾何精準(zhǔn)校正的原理是回避成像的空間幾何過程，而直接利用地面控制點(diǎn)對(duì)遙感數(shù)據(jù)影像的幾何畸變本身進(jìn)行模擬。

把土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)當(dāng)作校正的標(biāo)準(zhǔn)，將控制點(diǎn)與融合的影像進(jìn)行幾何校正。在幾何精準(zhǔn)校正的過程中，所選擇的控制點(diǎn)應(yīng)盡量均勻分布，使得校正后的影像與矢量配準(zhǔn)的誤差保持在一個(gè)像元內(nèi)。幾何精準(zhǔn)校正主要采用多項(xiàng)式改正和三次卷積重采樣。

遙感影像的多項(xiàng)式改正法可以回避具體的成像過程，而直接對(duì)變形圖像進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬。以一般多項(xiàng)式為例來(lái)說(shuō)明遙感影像的多項(xiàng)式改正的一般過程：

X=a0+（a1x+a2y）+（a3x2+a4xy+a5y2）+（a6x3+a7x2y+a8xy2+a9y3）+…

Y=b0+（b1x+b2y）+（b3x2+b4xy+b5y2）+（b6x3+b7x2y+b8xy2+b9y3）+…

式中，X、Y為某像元的原始圖像坐標(biāo)；x、y為改正后同名點(diǎn)的地面（或地圖）坐標(biāo)；ai、bi為多項(xiàng)式系數(shù)（i=0，…）。

該研究對(duì)遙感影像的圖像配準(zhǔn)，采用的是待定系數(shù)法求解ai、bi，選擇待改正的圖像和現(xiàn)狀圖上都可以明了鑒別的像點(diǎn)作為地面控制點(diǎn)，通過取得的控制點(diǎn)在圖像和現(xiàn)狀圖上的坐標(biāo)，代替式中X、Y、x、y可以得出一個(gè)關(guān)于ai，bi的方程，求出這個(gè)系數(shù)。可以看出，控制點(diǎn)個(gè)數(shù)不得小于ai、bi的數(shù)目i，控制點(diǎn)數(shù)計(jì)算式為（t+1）×（t+2）/2（t為次方數(shù)）。通過公式求出原始圖像任一像元的坐標(biāo)，并對(duì)圖像灰度進(jìn)行內(nèi)插，獲取某種投影的改正圖像。實(shí)際運(yùn)算結(jié)果說(shuō)明：選擇最少的控制點(diǎn)來(lái)進(jìn)行校正的效果往往不好，特別是在邊緣部分會(huì)使相應(yīng)的圖像變形比較大。所以，應(yīng)當(dāng)盡可能多地選取控制點(diǎn)，使得控制點(diǎn)的數(shù)目盡量比最小數(shù)目多出好多。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2023年

3.1.2圖像加強(qiáng)。

圖像加強(qiáng)其實(shí)是對(duì)某個(gè)具體影像的失真過程，是針對(duì)指定圖像的具體應(yīng)用場(chǎng)合改善其視覺效果，強(qiáng)調(diào)特定的某些局部或者整體的特征，讓本來(lái)模糊的圖像變得明了且簡(jiǎn)單鑒別，明了分辯出目標(biāo)物和周邊不同物體的特征區(qū)別，加強(qiáng)判讀的確鑿性和識(shí)別的效果，滿足分析特定地物的要求。

該研究采用圖像加強(qiáng)中的邊緣加強(qiáng)方法，由于侵蝕溝與相鄰地物在邊界上存在明顯的差異特征，邊緣加強(qiáng)能更確鑿地提取侵蝕溝的邊界，邊緣加強(qiáng)的基本任務(wù)是提高影像中侵蝕溝邊緣灰度值的變化率，突出侵蝕溝的邊界，得到反差加強(qiáng)以后的圖像[7]。

3.1.3圖像融合。

通過影像融合既可以提高多光譜影像空間分辯率，同時(shí)又保存了其多光譜的特性。可以說(shuō)，影像融合可以讓使用者得到更多的信息，減少理解的模糊性，提高遙感數(shù)據(jù)的利用效率和影像信息的利用率，改善目視解譯和計(jì)算機(jī)解譯的精度及可靠性。

將監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)多波段陸地衛(wèi)星SPOT5數(shù)據(jù)和2.5m分辯率的SPOT5全色波段數(shù)據(jù)進(jìn)行融合運(yùn)算，可以綜合2種衛(wèi)星影像的空間分辯率和光譜分辯率，形成具有SPOT高空間分辯率、表達(dá)細(xì)致紋理的影像與SPOT5的多光譜的、色調(diào)豐富的融合影像，易于影像的判讀，為信息獲取提供了重要數(shù)據(jù)資料[8]。處理后的哈爾濱市遙感影響見圖3。

3.2遙感影像的矢量化處理

矢量對(duì)象是運(yùn)用矢量的形式，即大小和方向來(lái)進(jìn)行綜合描述目標(biāo)的對(duì)象。矢量圖形文件則是通過大量矢量對(duì)象組合而成的描述性文件。矢量圖形是通過運(yùn)用特定的算法，將矢量對(duì)象所描述的信息重新描繪在顯示終端上。

該研究對(duì)預(yù)先處理的影像進(jìn)行矢量化處理（前文對(duì)侵蝕溝進(jìn)行了目視解譯，建立了相應(yīng)的解譯標(biāo)志）。通過對(duì)侵蝕溝的判讀以及對(duì)與侵蝕溝相像地物的區(qū)分，使用ArcGIS10軟件對(duì)處理過的哈爾濱市影像圖進(jìn)行侵蝕溝的矢量化處理。

具體操作流程為：

開啟ArcMap窗口將矢量圖層和影像數(shù)據(jù)添加進(jìn)來(lái)，在Editortoolbar中點(diǎn)“開始編輯〞，開始矢量化過程。由于對(duì)影像進(jìn)行了處理，侵蝕溝的界限比較明了，先對(duì)每個(gè)侵蝕溝進(jìn)行矢量化，將區(qū)域內(nèi)的所有侵蝕溝線編輯完成后，再對(duì)所有侵蝕溝進(jìn)行拓?fù)?，形成侵蝕溝區(qū)。為了突出侵蝕溝區(qū)域的信息，研究區(qū)的其他區(qū)域作一致性處理。最終對(duì)圖形進(jìn)行圖幅整飾，得到哈爾濱市侵蝕溝遙感解譯結(jié)果（圖4）。

4結(jié)論

該研究在遙感和GIS技術(shù)的支持下，利用高分辯率遙感衛(wèi)星影像對(duì)哈爾濱市區(qū)侵蝕溝進(jìn)行調(diào)查研究。

采用遙感分類方法充分利用了SPOT5高分辯率衛(wèi)星影像的各種光譜、形狀等特征，實(shí)現(xiàn)不同尺度的分類；同時(shí)通過目視解譯以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘建立了遙感影像解譯標(biāo)志，結(jié)合GIS技術(shù)對(duì)哈爾濱市侵蝕溝遙感影像進(jìn)行解譯。結(jié)果顯示：

哈爾濱市轄區(qū)侵蝕溝數(shù)量為29017條，侵蝕溝占地面積為19679.92hm侵蝕溝總長(zhǎng)度為9075.66km，溝壑密度為0.17km/km2。就溝壑密度而言，各地侵蝕溝發(fā)育程度與水力面蝕侵蝕強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系，面蝕強(qiáng)度越高，溝壑密度越大，反之則較小。哈爾濱市區(qū)是黑龍江省重點(diǎn)產(chǎn)糧地區(qū)之一，該區(qū)的水土保持工作以治理坡耕地為主攻方向，以小流域?yàn)閱卧熬W(wǎng)帶片〞相結(jié)合，山、水、田、林、路綜合治理。

哈爾濱市侵蝕溝主要分布在哈爾濱市區(qū)東部偏南地區(qū)，且分布比較密集，其他邊緣位置有零星分布。究其原因主要是哈爾濱市的城區(qū)人口分布以及地形因素影響，東南部屬?gòu)垙V才嶺余脈，為丘陵地區(qū)，黑龍江省土壤侵蝕中主要為水力侵蝕，所以雨水對(duì)土壤的沖涮簡(jiǎn)單在該區(qū)域形成侵蝕溝。哈爾濱市區(qū)其他區(qū)域地勢(shì)都較為平坦，形成的侵蝕溝主要起到農(nóng)田排水的作用。

目前國(guó)外學(xué)者對(duì)侵蝕溝的研究集中在侵蝕溝的發(fā)活力制和侵蝕量估算等方面，或是在較小的空間尺度上利用GPS、航片等監(jiān)測(cè)侵蝕溝的短期變化。該研究的創(chuàng)新在于利用高分辯率衛(wèi)星影像在較大范圍內(nèi)對(duì)黑土區(qū)侵蝕溝總體分