“资源一号”02C卫星影像土地利用变化检测能力分析

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(1. 北京中色测绘院有限公司,北京 100012； 2. 河北省基础地理信息中心，河北 石家庄 050031)

2011年12月22日11：26，我国在太原卫星发射中心用“长征四号乙”运载火箭，成功将“资源一号”02C卫星送入太空。“资源一号”02C卫星是一颗填补国内高分辨率遥感数据空白的卫星，是根据国土资源主体业务需求定制的第一颗国产高分辨率业务卫星[1-2]。“资源一号”02C卫星具有高空间分辨率、宽覆盖、快重访等特点，搭载的两台2.36 m高分辨率相机和1台5 m/10 m全色多光谱相机幅宽54 km，能够实现3～5 d内对全球任一地点进行重复观测[3]。

全国土地利用变更调查监测与核查遥感监测工作是原国土资源部重要的日常性业务之一。通过卫星遥感技术，监测特定时间段内以新增建设用地变化为主的土地利用变化情况。变化信息提取是土地利用动态遥感监测中的关键环节之一[4]。因此，变化信息的检测能力是评价“资源一号”02C卫星数据在土地利用动态遥感监测中的适用性的基本因素之一。本文将对“资源一号”02C卫星影像进行变化检测能力的试验和评价工作。

1 “资源一号“02C卫星影像变化检测能力试验

以吉林省某试验区和浙江省某试验区为示范区，制作试验区02C卫星的HR融合遥感影像图，叠加2010年遥感影像提取新增建设用地图斑。按照历年《全国土地利用变更调查监测与核查遥感监测技术方案》要求，提取的疑似新增建设用地图斑主要有4种类型：①前时相影像解译为植被覆盖或明显非建设用地特征，后时相影像解译为明显建设痕迹；②上一年度影像解译为植被覆盖或明显非建设用地特征，本年度影像解译为建设用地的推土或填土痕迹特征；③上一年度影像解译为推图或填土特征，本年度影像解译为明显建设用地特征；④上一年度影像解译为植被覆盖或明显非建设用地特征，本年度影像解译为建设用地围墙或栅栏等圈占地特征[5]。不同类型的图斑在02C影像上的表现如图1所示。

以本期QuickBird叠加上一年度遥感影像提取出的新增建设用地图斑为真值，将02C卫星的HR融合影像提取的变化图斑与真值对比，分析02C影像所提取图斑的正确率、遗漏率及面积准确率，最终分析02C数据在土地利用动态遥感监测中的应用潜力。

1.1 吉林试验区

吉林试验区选用的02C卫星影像对比Quick Bird与World View影像提取新增建设用地信息。吉林试验区提取新增建设用地图斑205块，2 747.3亩(1亩=666.67 m2)。提取的最小变化图斑面积为0.2亩。图斑分布情况如图2所示。

经分析，该区域205块图斑中，变化类型为第1类的图斑131块，面积为1 705.4亩；变化类型为第2类的图斑55块，面积为736.8亩；变化类型为第3类的19块，面积为305.1亩；变化类型为第4类的图斑个数为0。具体情况见表1和表2。

1.2 浙江试验区

浙江试验区选用02C卫星遥感正射影像与SPOT 5遥感影像叠加，提取新增建设用地信息。提取新增建设用地图斑1887块，19 751.9亩。提取的最小变化图斑面积为0.3亩。图斑分布情况如图3所示。

表1 吉林试验区遥感监测图斑汇总统计(按类型) 亩

表2 吉林试验区遥感监测图斑汇总统计(按面积) 亩

经分析，该区域1887块图斑中，变化类型为第1类的图斑962块，面积为9781亩；变化类型为第2类的图斑609块，面积为6 825.4亩；变化类型为第3类的302块，面积为2 963.8亩；变化类型为第4类的14块，面积为181.7亩。具体情况见表3和表4。

表3 浙江试验区遥感监测图斑汇总统计(按类型) 亩

表4 浙江试验区遥感监测图斑汇总统计(按面积) 亩

另外，500亩以上的图斑有1个，面积为1 095.3亩。

2 试验结果分析

根据试验区所提取的变化图斑，从其面积精度、属性精度、最小可检测图斑及图斑边界精度4个方面对02C的HR融合数据在土地利用动态遥感监测中的应用潜力进行分析。

2.1 属性精度分析

经分析，试验区提取的2092块图斑，实地为新增建设用地的图斑2058块，占总图斑数的93.4%，面积为22 282.3亩，占总图斑面积的96.6%；伪变化图斑34块，占总图斑数的1.5%，面积为216.9亩，占总图斑面积的0.9%；遗漏图斑112块，占总图斑数的5.1%，面积为573.8亩，占总图斑面积的2.5%。试验区新增建设用地图斑情况统计见表5。

按不同的图斑类型分析，第1类中伪变化图斑21块，面积120.1亩；第2类中伪变化图斑15块，面积148.9亩；第3类中无伪变化图斑。伪变化图斑主要集中在类型前两类上，影像上表现为建设或推平未建部分，实地为非建设用地。

表5 试验区新增建设用地图斑情况统计

本次变化信息提取共遗漏图斑112块，面积为573.8亩。按不同的图斑类型分析，第1类中遗漏图斑42块，面积90.57亩；第2类中遗漏图斑53块，面积431.9亩；第3类中遗漏图斑2块，面积为14.1亩。根据影像纹理，结合实际情况，对遗漏图斑进行了分析，按不同的图斑面积大小，将遗漏图斑按面积划分为6个等级，分别为1亩以下、1～5亩、5～10亩、10～20亩、20～50亩、50亩以上。由于受影像分辨率和原始数据质量的影响，大部分遗漏图斑为前两类的图斑，且数量集中在1～5亩的区域，第2类的图斑遗漏面积占大部分。

2.2 面积精度分析

根据实际情况，随机选取了一定数量的图斑，按面积划分为6个等级进行面积精度评价，分别为1亩以下、1～5亩、5～10亩、10～20亩、20～50亩、50亩以上，对随机抽取的15块面积≤1亩的图斑进行精度评价，单个图斑中误差为0.1亩，平均差异程度为13.2%。其中差异度最大的为33.3%，差异度最小的为0。

对随机抽取的15块面积介于1～5亩之间的图斑进行精度评价，单个图斑中误差为0.4亩，平均差异程度为11.8%。其中差异度最大的为37.5%，差异度最小的为0。

对随机抽取的15块面积介于5～10亩之间的图斑进行精度评价，单个图斑中误差为0.73亩，平均差异程度为10.6%。其中差异度最大的为34.2%，差异度最小的为0。

对随机抽取的11块面积介于10～20亩之间的图斑进行精度评价，单个图斑中误差为1.89亩，平均差异程度为8.1%。其中差异度最大的为26.7%，差异度最小的为0。

对随机抽取的15块面积介于20～50亩之间的图斑进行精度评价，单个图斑中误差为3.499亩，平均差异程度为11.2%。其中差异度最大的为37.6%，差异度最小的为0。

对随机抽取的11块面积为50亩以上的图斑进行精度评价，单个图斑中误差为8.67亩，平均差异程度为7.1%。其中差异度最大的为28.3%，差异度最小的为0.5%。

综上可知，随着图斑面积的增大，单个图斑中误差逐渐增大，图斑之间的差异程度逐渐减小。

2.3 最小可检测图斑

变化信息最小上图图斑面积要求：土地利用变化信息提取新增建设用地规定的最小上图图斑面积为1亩,本次监测的新增建设用地最小上图图斑面积为0.2亩，因此本次试验结果表明：02C卫星HR融合影像能够满足土地利用遥感监测变化信息提取的精度要求[6-8]。

2.4 图斑边界精度

随机选取了25块图斑，通过两种数据对比量测，图斑偏移量偏移最大值为8.18 m，最小值为0.20 m，均值为2.77 m,新增建设用地图斑界线与量测的中误差为3.37 m，满足规定限差5 m的要求。

3 结 论

通过试验结果分析，在属性精度方面，试验区内实地为新增建设用地的图斑占总图斑数的93.4%，面积占总图斑面积的96.6%；伪变化图斑占总图斑数的1.5%，面积占总图斑面积的0.9%；遗漏图斑占总图斑数的5.1%，面积占总图斑面积的2.5%。伪变化图斑和遗漏图斑集中分布在第1类和第2类上，遗漏数量集中分布在1～5亩的面积档。第2类的图斑遗漏面积占大部分。

在面积精度方面，试验区HR融合影像变化图斑平均差异程度在10%左右，且随着图斑面积的增大，单个图斑中误差逐渐增大，图斑之间的差异程度逐渐减小。

02C卫星HR融合影像最小可监检测图斑面积能够满足土地利用遥感监测变化信息提取的精度要求。图斑边界精度满足方案规定的限差5 m的要求。

囿于本文应用试验仅利用了工程化生产中变化信息提取的常规方法对两个试验区数据进行了应用试验，未能从大区域、规模化的角度开展深入的试验与评价，因此所得出的结论不可避免地具有局限性和片面性[9-10]。要对“资源一号”02C卫星在土地利用动态遥感监测中变化检测能力进行更客观、更全面的评价，仍需进一步选用更多方法和大量数据进行更加深入与广泛的试验研究。