1、引言
自1956年世界上第一颗人造地球卫星发射成功,为遥感技术的发展创造了新的条件,经过四十多年的发展,遥感技术不仅仅表现在传感器空间分辨率的提高上,而且遥感图象处理软件系统更是不断翻新,在遥感图象识别和分类方面,开始大量使用统计模式识别,后来出现了结构模式识别、模糊分类、神经元网络分类和遥感图象识别的专家系统。因此,由于遥感应用技术的成熟及高精度、高效、低成本等特点,在我国国土、林业、农业等各行各业得到了广泛的应用。
2、卫星简介及调查背景
Spot-5卫星是法国空间研究中心(CNES)设计制造可用于耕地调查、森林调查、城市发展变化、预测和管理水资源、监测城市化效应、矿产资源辅助调查、研究土地利用和评价环境等的高分辨率卫星。1986年首颗发射的Spot-5卫星上装载的HRV线阵列推扫式成象仪将空间分辨率提高到10米,被称为第二代遥感卫星,目前已发展到第三代遥感卫星,Spot-5的空间分辨率达到2.5米。其手段日趋先进,应用范围不断扩大,高清晰的分辨率和广阔的覆盖范围,是我省本次土地更新调查使用资料的首选之一,全省除玉溪市、楚雄、红河、德宏州等四个州(市)的部分县(市)外,其余十二个地州(市)均采用Spot-5遥感卫星影象进行土地更新调查工作(地州所在地的市采用QuickBird数据),大规模,大范围的遥感技术用于土地更新调查,在我省尚属首次,现从Spot-5卫星遥感解译的地类可解度和几何精度方面进行探讨。
3、地类可解度分析
所有地物都具有辐射和反射电磁波的能力,其能力大小取决于地物本身的物理和化学性质,以及来自周围电磁波辐射强度的大小,同时同一地物对不同波长的反射和辐射强度也不相同,这种随波长改变而变化的特性称为地物的光谱特性,而不同地物的光谱特性又互不相同,这就为我们提供了遥测地物的新技术。Spot-5数据含多个波段,经合成的影象色彩、纹理和形态等信息十分丰富,特别是土地更新调查土地分类中的一级地类(农用地、建设用地、未利用土地)间的色彩、纹理、形态及空间配置结构差异较大,判读(Interpretation)识别标志清晰,地类可解度高,易于识别。土地分类中的二级地类(耕地、园地、林地、牧草地、工矿仓储用地、住宅用地等)由于地表植被特征、内部结构特征、地貌特征及所处区域空间配置特征的差异,遥感影象的色彩、纹理、形态解译识别标志基本清晰,能够识别。土地分类中的三级地类(平田、平旱地、果园、茶园、苗圃、改良草地、工业用地等),其中平田与梯田、平旱地与梯地、有林地与迹地、有林地与天然草地、裸土地、采矿地等多数地类的特征比较明显,解译区分较容易。虽然对灌木林与有林地、望天田与旱地、坑塘与养殖水面、部分特殊用地与独立工矿用地等少部分地类的特征不具明显,解译区分较困难,但有实地调查作补充,加之有第一轮土地利用现状调查时的大量定性成果及大量调查区域的社会经济发展状况资料和自然地理资料作为辅助进行分析解译,经过综合性的解译分析与外业实地调查相结合,对地类的解译识别精度可以达到三级地类划分的技术要求。总之Spot-5高分辨率遥感影象图提供的既直观而丰富的地类变更信息及大范围地类信息特征的可比性、再现性、同时同步性这三大优势,是常规地面调查无法替代的,使补充调查目标、方向明确,直接解译绘出的不规则形状地类地物边界客观准确且快速高效,在土地更新调查或修编工作中的作用是显著的,其精度能够满足1:1万土地更新调查精度的要求。
4、几何精度分析
4.1 几何变形分析:
遥感图象的几何变形是指原始图象上各地物的几何位置、形状、尺寸、方位等特征与在参考系统中的表达要求不一致时产生的变形,变形的误差(即几何精度)可分为静态误差和动态误差两大类,静态误差是在成象过程中,传感器相对于地球表面呈静止状态时所具有的各种变形误差,动态误差主要是在成象过程中由于地球的旋转等因素所造成的图象变形误差。变形误差又可分为内部误差和外部误差两类。内部误差主要是由于传感器自身的性能技术指标偏移标称数值所造成的,内部误差随传感器的不同而异,其数据和规律可在地面通过检校的方式测定。Spot-5高分辨率卫星成像高度可达620Km,接近正射投影,地形地物空间几何变形小(约相当于航测几何变形的1/120),通过几何精校正,可进一步消除几何变形,再者,单幅覆盖的范围大,影象图镶嵌处理的累积误差极小。
4.2 线状地物识别精度分析:
Spot-5数据全色波段的点几何分辨率为2.5×2.5米,实际上遥感影象可解译识别的线状地物宽度远远小于遥感数据的点几何分辨率,我们在对已完成外业工作的县进行野外实地检查判读时有这种体会,即使是宽度小于1米的道路、沟渠等线状地物仍能精确的判读识别,这是由于不同地类接触边界线象元点为混合象元,即象元点记录的2.5米×2.5米范围内的波谱信息为两种地类地物的混合信息,通常混合象元中混入地类面积占象元点等积比≥30%,该象元点与非混合象元点间的灰度具明显差异,若仅为单点,则该点难以从背景中解译识别出,若多数混合象元点连接成线,则该类混合象元点群所显示的线状地物则是可以解译识别的。因此线状地物宽度≥2.5米×30%=0.75米时,混合象元集群所反映的线状地物可清晰解译,故对于宽度大于0.75米的农村道路、沟渠、田埂等线状地物,Spot-5影象图均可解译识别。从这个意义上讲,也是满足1:1万土地更新调查线状地物宽度≥1.0米的精度要求。根据统计学上的线性相关关系原理,线状地物宽度愈大,混合象元点的灰度与背景象元点的灰度差异愈大。在实际作业中我们应当注意的是,线状地物的宽度通过建立的宽度估算模型估算的数据误差较大,因此土地更新调查时应尽量采用第一轮土地详查实量的线状地物,对于新增加的和已发生变化的线状地物,宽度需到实地丈量,并注意实时更正线状地物发生变化部分的走向、形状等,做到图上走向、形状与实地一致。对于线状地物的空间位置、形状和长度,在遥感影象图上可精确解译、拓扑自动算出,其精度高于实地量测。
5、结语
遥感影象图的可解译度和几何精度是保证土地更新调查成果精度和基础数据可靠性程度的基础,为减少系统误差的累积和保证地物、地类解译标志的一致性,必须采用统一的工作技术方法、遥感影象制作技术方法和标准,图象制作必须以全区域为整体,在收集利用已有的第一轮土地利用现状调查成果的基础上,充分应用3S(RS、GPS、GIS)高新技术,采用遥感解译与实地调查相结合、遥感解译与数字化制图相结合、解译制图与数据库建设相结合的技术方法,以保证土地更新调查成果的几何精度、地类解译识别准确度、制图与数据统计分析精度三方面均达到1:1万土地更新调查的技术要求。
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