DSM在地理国情变化检测中的应用

忻静

摘 要：根据笔者对第一次全国地理国情普查项目的实际参与，对地理国情普查标准时点核准技术进行研究，分析了变化检测常规全人工判读方法的周期局限性，提出基于DSM的快速检测变化方法，用于提高变化检测的效率，为今后类似监测项目提供参考。

关键词：地理国情 变化检测 DSM

中图分类号：TP79 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0023-02

地理国情普查是一项重大的国情国力调查，主要对地表自然和人文地理要素的空间分布、特征及其相互关系等地理国情开展普查，系统掌握权威、客观、准确的地理国情信息，是制定和实施国家发展战略与规划、优化国土空间开发格局和各类资源配置的重要依据，是推进生态环境保护、建设资源节约型和环境友好型社会的重要支撑[1]。地理国情监测则是通过对地理国情进行动态地测绘、统计，从地理的角度来综合分析和研究国情，为政府、企业和社会各方面提供真实可靠和准确权威的地理国情信息[2]。

随着第一次全国地理国情普查的深入开展，目前已进入标准时点核准阶段。本次地理国情普查的标准时点为2015年6月30日，核准的主要目标是通过核实从数据采集到标准时点阶段发生变化的内容，核准各类内容的正确性，补充新增内容，消除普查前阶段由于资料时效性和外业局限性等导致的现势性参差不齐现象，使普查成果尽可能反映普查标准时点的状态，为普查数据统计提供翔实的数据基础，同时建立带有统一时间信息的本底数据库，为今后长期监测服务[3]。面对周期紧、任务重等现状，如何快速识别变化区域成为必须逾越的难题。

在城市发展和变化日新月异的今天，及时掌握和发现城市的变迁和土地利用现状变化、控制城市土地和房产有效利用和合理开发，控制产业合理发展，是各级城市规划、国土管理等政府部门和相关研究机构十分关心的问题[4]。故快速地识别变化区域，进行变化检测，将有利于提高生产、管理效率和质量。该文结合第一次全国地理国情普查的标准时点核准项目，论述DSM在变化检测中的有效应用。

1 地理国情变化检测的常规方法

第一次全国地理国情普查标准时点核准的总体技术流程包括标准时点核准新影像的纠正与配准、变化区域识别、变化区域地表覆盖分类及地理国情要素信息编辑整理等技术环节。

其中，变化区域识别的常规方式是，将普查前阶段成果数据叠加到标准时点核准新影像上，通过全人工判读检查变化区域。该方式利用标准时点核准阶段获取并处理的新影像资料，叠加前阶段普查数据成果，并对照前阶段使用的影响资料，根据地表覆盖数据、地理国情要素数据核准的重点内容，选择目标类型图斑或要素，逐一对比影像，根据影像特征，与周边地物的相互关系以及其他专题性、辅助性信息确定是否发生地物变化。对变化的区域，按照普查的各项技术规定依据试点核准影像，对普查数据进行核准。经时点核准新增或做了修改的图斑以及原生产标记TAG值为4，但经核准未发生变化的图斑，其生产标记TAG赋值为5。

但常规方法不适用于周期紧、任务重的变化区域识别任务。

2 利用DSM进行快速的变化检测

快速识别变化区域的方式可以是采用数字摄影测量方法生产不同时相的数字表面模型（DSM），并通过设置一定阙值后，经过程序计算，进行变化检测。

2.1 标准时点核准技术路线

收集利用分别与普查作业所用影像资料时间和标准时点核准时间相对应的两期航空影像数据，采用常用遥感影像处理软件变化检测功能，通过自动或人机交互，识别出两个时间之间发生变化的区域。

基于识别出的变化区域，再利用标准时点核准阶段获取的新影像资料，叠加前阶段普查数据成果，必要时对照前阶段使用的影像资料进行确认，按照普查的各项技术规定要求，对变化区域进行核准，开展地表覆盖分类，提取新增地理国情要素信息，并结合收集的相关行业最新资料，对有关地理国情要素的属性进行编辑整理，完成标准时点核准工作。其他区域，也应利用标准时点核准阶段获取的新影像资料进行类别正确性核准。

2.2 变化检测技术

①对原地表覆盖TAG属性值为4的图斑，均不需要额外进行变化区域标识。在变化区域信息提取时，再对TAG值为4的图斑逐一全部核准。②以1：2000基础地形图幅框为识别单元（变化较大区域以1：1000、1：500图幅框为识别单元），叠加DSM变化检测结果图斑，对变化区域进行快速勾勒范围并标识。在检查阶段，通过卷帘工具对比2015年和2014年数字正射影像，叠加前阶段普查地表覆盖、地理要素矢量数据，进一步进行识别检测。如发现解译分类错误，也需要依据最新影像改正。

2.3 变化检测对象

2.3.1 地表覆盖数据核准主要对象

（1）前阶段作业时处于变化中的地物类别。

普查前阶段作业中已标记为时点核准阶段时需核准（生产标记TAG值为4）的图斑类别，表示图斑范围内正处于变化中，包括建筑工地等有关类别，应进行核准。

（2）非人工建造类别变更为人工建造类别。

针对非人工建造类别图斑，经过与标准时点核准影像资料对比，发现以下变化的情况，应进行核准：原为耕地类，变更为房屋建筑、道路、构筑物等类型；原为园地类，变更为房屋建筑、道路、构筑物等类型；原为林地类，变更为房屋建筑、道路、构筑物等类型；原为草地类，变更为房屋建筑、道路、构筑物等类型。

（3）建造强度发生显著或根本变化的类别。

部分人工建造类别发生了显著的建造强度变化，应进行核准。具体包括：高密度低矮房屋建筑区变更为建筑工地、多层及以上高层建筑、耕地、园地、林地、草地等类型；硬化地表变更为房屋建筑或道路等类型。

（4）季节性、重复性变化的类别。

对耕地、园地、林地、草地、水面、裸露地表等覆盖类型，由于生长周期、季节变换等引起的交替和重复性变化，应依据普查数据采集要求核准其分类正确性。如确认是交替或重复性变化，可不做更新；否则，须依据最新影像进行核准。

2.3.2 地理国情要素数据核准主要对象

需进行标准时点核准的地理国情要素包括以下几类：新增的铁路、公路和城市道路，以及相应的交通设施；各级行政区以及行政村的变更及代码更新；2014-2015年新增或撤销的各类社会经济区域单元；2014-2015年新增或撤销的居住小区、休闲娱乐景区、体育活动场所、宗教场所等。

2.4 DSM变化检测生产

2.4.1 数学基础

大地基准：采用上海平面坐标系统。高程基准：采用吴淞高程系，高程系统为正常高。

2.4.2 精度要求

（1）格式与分辨率。

DSM数据以格网形式存储，格式为ESRI Arcinfo ASCII Grid，文件后缀为.asc，格网间距设置为航摄影像分辨率的2倍。

（2）图幅接边。

对于不同区域网提取的DSM，在其重叠区域会存在一定差异，为了确保相邻图幅的DSM平滑过渡。当图幅接边中误差小于两倍标准中误差时，对图幅接边未知DSM取均值；当图幅接边中误差大于两倍标准中误差时，需人工编辑接边未知[5]。

（3）检测结果的格式。

矢量格式，采用shp文件，其属性数据中包含变化检测的新增或拆除的信息，提交成果包括shp、dbf、shx等文件。

（4）阈值设定。

高度阈值：3m；面积阈值：100m2。

2.4.3 资料利用

资料包括航空影像数据、空三成果数据、相机参数等内容。

其中，航空影像数据用于提取DSM的原始航飞数据，该次变化检测利用2014、2015年两时相、同为0.25米分辨率的上海全市航空影像数据。空三成果数据是指空三加密后，经过平差得到的外方位元素，包括3个线元素、3个角元素，单位分别为米和度。

2.4.4 生产流程

（1）空三成果与相机参数导入。

将空三成果及相机参数导入至数字摄影测量软件，用于生产DSM。导入完成后，须进行检查，确保空三成果的正确性。

（2）提取参数设置及自动提取DSM。

在进行自动提取DSM之前，需对DSM的参数进行设置，考虑到上海地区地形地貌的特性，平滑参数不宜设置过大，否则会导致轮廓的模糊，同时特征提取的参数要能够体现地理国情普查的指标，并符合标准时点核准对象的变化显著性特点，以便得到适当的断裂线。

（3）快速检测变化。

在设置了一定阈值后（高度阈值和面积阈值），通过DSM的差分检测工具进行程序计算，得到显示变化检测结果的图斑，对2014年—2015年之间的显著变化进行快速识别。

3 结语

该文论述了第一次全国地理国情普查标准时点核准工作中变化检测的常规及利用DSM等主要方法，通过对标准时点核准技术路线、变化检测技术、对象、DSM变化检测生产等内容的研究，表明了利用DSM进行变化检测，有利于提高地理国情普查标准时点核准的工作效率，更对今后其他类似的变化区域识别项目具备参考价值。

参考文献

[1] 国务院关于开展第一次全国地理国情普查的通知[S].中央政府门户网站.2013.

[2] 百度百科.百度[引用日期2015-06-15].

[3] 国家测绘地理信息局.第一次全国地理国情普查标准时点核准实施方案[S].北京：国家测绘地理信息局，2015.

[4] 郭容寰.基于DSM和DOM特征的城市变化检测[C].第四届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选.2012.

[5] 上海市测绘院.JSB527-2012 DSM变化检测生产技术标准[G].上海：上海市测绘院，2012.