基于面向对象理论的城市空间信息遥感分析研究

【摘要】城市空间是人类衣食住行等活动的主要聚集地，是人类社会生活最活跃的区域。在人类社会发展的各个阶段，城市形态也持续不断地变化着。在我国的城镇化进程中，城区的范围逐步扩大，城市的功能区出现分化与变异。为了满足现代化城镇问题的研究需要，遥感技术已经成为了城市空间信息的重要来源之一，它被使用在城镇土地覆盖类型、城镇结构要素提取、城镇扩展模拟等主要测量领域。基于对象的分类方法为遥感信息的获取与分析提供了全新的解决方案，在对高分辨率的城镇遥感图像进行研究分析时可以提高分析研究的精度。

【关键词】城市空间；遥感；面相对象

目前，基于对象的城市空间信息遥感分析，主要采用图像分割技术获取图像对象，然后进一步对这些图像展开分类。这种研究方式本质上是对于遥感图像对象一种更加高级的处理方式。面向对象的地理空间信息研究体系，不仅仅包含基于对象的研究分类方法，更加囊括了面向对象的地理空间表达方式以及在此基础上建立的若干重要机制。本文将以此作为切入点，展开对基于面向对象理论的城市空间信息遥感分析研究。

1.面向对象方法的理论研究

“面向对象”这一名词概念早期使用于计算机科学领域，是一种计算机编程语言的结构类型。如今，面向对象的编程方式已经形成了一种专门的工业标准，许多的应用程序都采用“面向对象”的编程模式。实际上，面向对象不仅仅是指一种普遍使用的计算机编程语言开发技术，更是一种“表达、模拟与抽象”现实生活的概念模式和基础范例。

在20世纪80年代初，面向对象这一名词概念被引入到地理信息系统（GIS）领域，之后开始涌现出大量关于面向对象的文献资料和软件程序。在人类认识空间世界的方式以及表现真实世界的景观尺度方面，“对象”是一种十分理想的地理空间表述方式。基于面向对象的分类方式运用在遥感图像上的巨大成功，不仅仅因为它采用一种更高级的图像处理方式，更在于它真正将“空间思维”（Spatial thinking）应用到遥感图像的处理中。这使得研究者不再单一地通过遥感图像（Classification）分类来获取城市空间信息，而是对遥感数据提供的空间信息进行更高层次上的理解（Understanding）。

从20世纪80年代末，“离散对象”和“连续场”作为表达地理空间的两种不同概念已经出现在相关文献资料中，并且引起了许多地理学家的持续关注。在“离散对象”和“连续场”的研究过程中，由于这两种概念各有一系列分类方法、数据模型以及操作运算方式，在某种程度上存在一些矛盾，但是不可否认的是，它们在更大程度上互补并且可以共存。

研究学者普遍认为：基于面向对象的表达方式与人类的地理空间认识方式相一致，而场是相对原始的空间信息表达方式，面向对象是一种更高层次的表述方式。

2.基于面向对象的城市信息的组成

一个基于面向对象的地理空间由三部分组成：“身份”、“状态”和“行为”。“身份”是这个地理空间对象区别与其他对象的重要标志，具有唯一性。这实际分析中，“身份”通常是由某个具体名称或者标识符来表示的。“状态”不仅仅包括这个地理空间的组成属性，还具有时间性，即观察者在这一时刻测得的属性值。“行为”主要描述这个地理空间的作用与反作用、操作方式等，例如：湖泊可以成为地下水系以及环境要素的组成部分，也可以改变局部的地理生态状况。

城市空间对象是在特定的城市区域内的地理空间对象的名称，是地理空间对象的一个子集。它具有独立的物理存在形式，是具有一定状态的城市空间实体。城市空间对象继承了地理空间对象的属性与关系，由“身份”、“状态”和“行为”三部分组成。此外，城市空间对象还具有如下特征：

2.1人类行为活动对城市空间对象有巨大影响

由于城市空间是人类行为活动最活跃、最密集的地方，人类的行为活动对城市地理对象的实体形成和发展变化都产生了十分重要的影响。因此，基于面向对象理论的城市空间信息遥感分析必须考虑人类行为活动带来的影响。

2.2城市空间对象同时具有明确性与模糊性

由于城市中存在大量的人造环境因素，例如人工草坪、建筑大厦等，这些都属于Bona Fide对象，有相对明确清晰的边界。与此同时，这些对象之间存在明显的空隙也使得它们产生区域边界的模糊性。由人类认知以及相关法令逐步形成的Fiat对象在城市空间对象的研究分析中被广泛使用，也造成了面向对象的城市空间的模糊性。

2.3城市空间对象的尺度问题在研究中尤为重要

由于城市空间对象内部的结构十分复杂，城市空间对象的大小与形态的变化十分明显。例如：城市区域内垂直高度较大但是占地面积很小的摩天大厦；郊区占地面价较大但是垂直高度很小的大型仓库、还有灌木和乔木等小型物地。在基于面相对象的城市空间信息遥感分析中，必须选择尺度合适的研究对象，在研究同一对象时，也必须选择合适的尺度提取进而分析研究。

3.城市空间对象与遥感图像对象之间的联系

经过分析研究可以得出：一个基于面向对象的城市空间由赋予了地理空间对象内涵的图像构成，并且在相应的抽象机制下，城市空间对象与遥感图像对象之间存在着一对多的聚合关系。单个遥感图像对象具有光谱属性和二维几何属性，遥感图像对象之间具有空间的拓扑关系。另外，遥感图像对象的属性与地理空间对象信息维度之间的关系如下：

3.1光谱属性

大多数城市空间遥感信息记录的是目标物体的物理特征：如电磁波强度变化情况等，是主题属性的一种。而遥感图像对象的光谱属性是通过计算所有包括的像元值得到的，并且一个地理空间对象采集了多个遥感图像对象之后，也可以通过相应的计算或者统计方法获得这个地理空间对象的光谱属性。

3.2二维几何属性

遥感图像对象的二维几何属性是地理空间对象的空间属性，一个地理空间对象可以由多个遥感图像对象构成，这些图像对象组合构成地理空间对象的空间属性以及空间位置。但是由于这些组合可能使得有些图像对象形状发生改变，所以地理空间对象的边界需要重新进行相应的二维几何属性计算获得。

3.3拓扑关系

遥感图像对象的拓扑关系与地理空间对象空间关系中的拓扑关系相对应。由于多个遥感图像对象的合并，参考对象发生变化，他们之间的拓扑关系也完全改变。因此，遥感图像对象的拓扑关系需要重新确定，而不能直接赋予。

结语

本文大致分析了从最初的遙感信息数据处理到城市空间对象信息提取的过程，遥感图像对象、地理空间对象与城市空间对象存在一定的区别和联系。遥感图像对象需要经过组合与识别的过程才能转换为地理空间对象和城市空间对象。从遥感图像对象向城市空间对象或者地理空间对象转换的过程中，提取到的遥感图像对象的信息并不能全部为城市空间对象所用，必须经过相应的再加工处理。

参考文献

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[4]余柏蒗.基于面向对象理论的城市空间信息遥感分析研究[D].华东师范大学，2009.

作者简介：闫从政（1980.08.05）男，贵州息烽，本科，测绘工程师，研究方向：信息遥感。