基础地理国情监测中遥感影像使用技巧分析

陈俊霖　陈培恩

摘要：如今遥感技术发展迅速，影像数据量愈发庞大，遥感影像已成为基础地理国情监测的一项关键内容。然而遥感影像的使用技巧是否合理对基础地理国情监测是否准确有直接影响，且对后期统计也有决定性作用。坐标转换等传统处理方法输出中间结果次数繁多、用时较长、资源占用量较大，导致数据冗余问题严重，无法满足基础地理国情监测的使用需求。按照不同分区类型，基于对遥感影像相关影响因素的考虑，对遥感影像使用技巧进行分析，并总结出正确使用的参照表，为基础地理国情监测合理选用遥感影像提供依据。

关键词：基础地理国情监测；遥感影像；使用技巧

一、前言

基础地理国情监测作为测绘工作的全新发展方向，对测绘工作提出了更高的要求。基础国情地理监测主要指对国情要素的空间分布特点以及变化态势的全面、动态、持续性监测，是一种用于研究地理国情监测的技术手段，通过构建完善可靠的地理国情监测数据库，实现信息共享，为相关部门提供可靠、准确的信息依据。目前其所获取的成果已得到诸多领域的应用，发挥重要的作用，如城市规划、环保治理、生态文明建设等。唯有确保监测数据准确方可提高后期统计分析水平，也是监测成果共享和有效运用的重要基础。遥感影像是监测工作的主要参考指标，能够为数据成果提供技术支持，也是监测数据的主要内容。遥感影像的使用技巧决定了地表覆盖分类成果数据是否准确，使用技巧不当极易导致分类不正确、漏更新等问题，进而影响后期统计分析工作[1]。近年来，我国对地理国情监测成果的分类准确性提出了更高的要求，且适当增加了分类精度的权重，如果遥感影像使用不当必然会严重影响分类精度的准确性。基于此，以2019年基础地理国情监测情况为基础，进一步分析遥感影像的使用技巧，以保证监测效果。

二、地理国情监测中遥感影像应用现状及难点分析

地理国情监测主要指综合利用全球导航卫星系统、航空航天遥感系统及地理信息技术等现代化、先进测绘技术，结合不同时期的档案，对地形、水域、道路、城镇等要素进行动态和定量化、空间化监测，及时了解其变化情况、分布特征、地域差异等特点，生成能够充分反映各类资源、环境、生态等要素的空间分布及发展变化规律的数据信息、地图图形及报告等，在地理空间层面客观、全面展示国情国力。新时代，地理国情监测是社会经济发展对测绘工作的新要求，是测绘部门的重要职责和战略任务。遥感影像在基础地理国情监测中占据重要地位，合理选择和使用遥感影像是保证监测成果准确可靠的重要基础，所以对遥感影像合理选择与运用具有重要意义。在实际工作阶段，遥感影像的选择极易受其他因素的影响，如影像源、应用原则等，相关工作人员应加以重视。

（一）遥感影像源的应用现状

传统模式下，区分影像的方法主要通过中等或低等分辨率的影像设计，主要原因在于影像中低空间分辨率本身是一种单一像元表现出的混合地物。但是低空间分辨率下，遥感影像中光谱的分辨率通常较高，而高分辨率的遥感影像的光谱特征却不丰富，应采取由上至下的处理方法。高分辨率的遥感影像可通过建模分割影像得到光谱信息外的信息，如形状特征、空间特点、相互层次关系等，效果确切。遥感影像源繁多，根据传感器类型的差异性，对基础地理国情监测中采用的遥感影像类型进行划分，具体包括国产遥感影像和国内外商业卫星遥感影像等，类型丰富。同时遥感影像具有丰富的获取途径，例如由监测部门统一发放的影像资料，各界监测单位协同收集的影像信息等。除此之外，遥感影像具有广泛的获取时相范围，包括全年多个季度、各种类型的遥感影像。最后，遥感影像的分辨率十分丰富，比如北京二号卫星全色遥感影像的分辨率为0.8m，高分一号卫星遥感影像的分辨率为2m[2]。我国一些地区的遥感影像易受到外界气候环境因素的影响，例如受到多云、雨雪等天气的影响，导致其难以正常使用，仍有待优化和改进。

（二）遥感影像信息获取

目前地理国情监测最为重要的数据源便是遥感影像。近年来我国航空航天技术发展迅速，获取某一地区的多时相、多分辨率影像十分容易，且在轨运行的陆地观测卫星数量明显增加，分辨率明显提高。遥感影像信息获取主要指通过大量、可利用的遥感影像数据中提取出有价值的信息，具体包括地物、植被、温度等，且能够在数据库中存储这类信息或者以其他形式提供给用户查询使用。但是如何从海量影像信息资源中最大限度挖掘遥感影像信息是遥感研究领域的重点。

（三）遥感影像的应用难点

基础地理国情监测采用的遥感影像类型繁多且复杂，具体使用过程中存在诸多难点，主要包括：

1.遥感影像获取时间较长。按照国情监测相关规范要求，遥感影像的获取和供给时间主要集中于各年度的6月底、7月底和8月底之前三个时期。但是一些地区的气候环境条件相对复杂恶劣，受外界环境影响因素较大，导致其前期遥感影像的推送有所不足，整体覆盖范围较小，且后期集中推送更多的影像资料，因此，在相同地区不同传感器获取的影像重复；其次，遥感影像的推送分多个阶段，整体耗时较久，等待时间较长，所以在对遥感影像进行选择的过程中，很容易发生漏选或者选择不正确等问题。

2.遥感影像的应用原则较为复杂。在遥感影像使用的过程中，对主要影像、补充影像的应用提出了明确的要求和规定，同时随着地理国情监测工作的深入发展，对不同分区、地区的影像应用原则也进行了补充和完善。按照地标地物变化特点的差异性，基于对人口、经济、规划建设、环保等因素的考虑，将全国划分为多类型区域：第一和第二分区具体指城镇及周边区域；第三和第四分区具体指乡村地区、保护区等，以严禁开发和人流量稀少区域为主。对2019年遥感影像的应用原则进行分析，按照相关技术规范要求，对第三、第四类分区进行遥感影像的选择时，首先要满足第二季度2.5m分辨率遥感影像的要求，同时还需要综合考虑其他相关因素，如下发批次、获取月份等，并结合前一季度高分遥感影像共同应用[3]。

实际工作阶段，不同工作人员的经验、对遥感影像应用原则的理解存在偏差也是导致遥感影像使用不当的主要因素之一。另外，遥感影像的变化监测缺乏可靠理论依据，监测工作需要大量工作人员的参与，在不同环境条件下，不同方法所得出的结论不同，任何一步操作均会影响监测结果，目前尚无直接监测突发状况的相关理论方法。且目前监测方法的选择主要以需求为依据，适用区域不同，普适性较差[4]。分类后进行监测时，极易导致结果误差，对后续统计分析工作造成影响。同时找出变化区域是监测的关键，图像分类和选择数值时，伴随诸多不确定因素，且区域管理不充分，对最后的评估造成不利影响[5]。

三、遥感影像的应用情况及使用技巧分析

目前，基础地理国情监测已成为政府部门宏观决策、日常管理工作的重要组成部分，随着监测工作的持续深入，缩短监测周期，提高工作效率十分必要。具体工作阶段，遥感影像的选择以人工手段为主。但是人工选择存在一定的主观判断因素，容易受到其他诸多因素的影响，如区域的分区类型，影像的下发周期、批次，影像源，工作人员对影像应用原则的认知水平、个人工作经验等，受相关因素影响，遥感影像使用不当的情况屡见不鲜。本文以遥感影像的应用原则为基础，按照具体分区类型，对影响遥感影像的主要因素进行分析，进一步分析遥感影像的使用情况，总结正确使用情况的参照表，进一步规范遥感影像的正确使用。

（一） 遥感影像的使用情况

如果遥感影像的分区类型不同，其应用原则也不同，所以对遥感影像相关影响因子的影响程度也各不相同。

第一和第二分区类型，对遥感影像分辨率提出了较高的要求，需要优于1m，所以遥感影像分辨率影响的程度较深；第三和第四分区类型，并未对遥感影像分辨率提出一定的要求，通常只需要优于2.5m便可，但是如果存在时相为二季度优于2.5m分辨率以及非二季度优于1m分辨率的影像，需要借助高分辨率影像进行使用。对遥感影像进行使用时，影像的分辨率主要包括以下三种情况：只有优于1m分辨率影像、只有优于2.5m分辨率影像、上述两种遥感分辨率影像同时存在。

除了分辨率外，时相也是影响遥感影像正确使用的主要因素，其组合形式繁多，主要包括以下几种：只有第一或第二或第三季度的遥感影像、一二季度的影像同时存在，一三季度的影像同时存在、二三季度的影像同时存在以及三个季度的影像同时存在。

除此之外，在对遥感影像进行使用的过程中，对不同分区类型而言，相关影响因子并非共同存在，而影响因子的不同组合则会生成不同遥感影像使用组合。按照分区类型、分辨率、时相和下发批次的不同，能够生成诸多遥感影像的应用组合形式，也就是一种遥感影像也能够组合生成诸多遥感影像的应用组合，所以遥感影像的正确使用存在诸多可能性。

（二）遥感影像的应用技巧

基础地理国情监测中遥感影像的应用，需要做好影像分割、创建分类体系、构建知识库、完善分类等工作。首先，针对影像分割，在基础地理国情监测环节采集到遥感影像之后，需要利用多尺度分割算法对影像进行分割，能够对影像的形状、光谱等进行准确的识别，然后对所有波段的形状、光谱异质性特点进行精准的计算，并科学分配不同波段的权重，赋予各个波段相应的加权值，如果影像分割过程中，影像的形状、光谱加权值超过既定的阈值，则进行多尺度分割；如果加权值低于既定的阈值，则继续进行迭代运算，直至满足加权值阈值要求再进行影像分割。在分割影像时还需要根据具体的情况，例如充分考虑影像的光滑度、尺度因子等，经过反复确认之后再进行科学的分割，能够保证影像分割的精准度。其次，创建分类体系，基础地理国情监测的遥感影像类型众多，为了保证不同遥感影像能够充分发挥作用，保证地理国情普查结果的全面性，需要对遥感影像进行分类，常用的分类方式包括硬化平地遥感影像、水体遥感影像、施工区域遥感影像、林地遥感影像、建筑遥感影像、耕地遥感影像、房屋遥感影像、道路遥感影像以及草地遥感影像等，不同的遥感影像采用不同的名称和颜色进行区分，以保证遥感影像信息的独特性和差异性。再者，创建基础地理国情监测遥感影像的知识库，能够为影像资料的查阅、调用以及调整等奠定基础，遥感影像知识库是多种地理信息特征的集合，最常用的特征包括形状和亮度，形状指数能够对遥感影像边界的光滑度进行评定，根据遥感影像局部的形状指数，可以判定其破碎度，为后续分类工作提供参考和依据；色彩指数能够反映遥感影像的图层类型信息，根据不同的色彩，能够区分不同地理的类型。最后，完善分类，经过对遥感影像的上述操作，能够实现对影像的初级分类，但是分类效果存在一定问题，例如出现错分、未分等情况，导致遥感影像数据无法准确、完整地反映基础地理国情信息，因此需要对分类结果进行检查，对影像样本进行循环处理，保证遥感影像数据的全面性和准确性。同时，还需要对遥感影像进行智能优化，例如边界平滑修复、去除噪声等。此外，由于基础地理国情的复杂性非常高，遥感影像能够实现大范围地理影像信息的采集，但是无法实现完全、精准地分类，必要时还需要进行人工复核，避免出现漏分、错分等问题，尤其是农村道路、自建房屋等遥感影像无法准确识别的情况，需要专业人员利用简略的适量专题图对影像进行分割，提高遥感影像的分类效果。

为了进一步规范遥感影像的应用，以2019年基础地理国情监测情况为依据，总结遥感影像的正确使用情况，列出四个不同分区类型只存在优于1m分辨率影像响或者只有2.5m分辨率影像时，组合不同的时相，遥感影像正确使用的参照表，如表1所示。以分区类型为依据，参照正确使用的参照表，结合区域遥感影像特征，正确选择主影像和补充影像，为基础地理国情监测工作的顺利开展夯实基础。

通过参照表展开分析，对基础地理国情监测中遥感影像的正确使用方法进行总结，主要包括以下相关内容：（1）第一、第二分区类型。如果第二季度有优于1m分辨率的遥感影像，务必要使用，将其作为主影像或者补充影像；如果第二季度中没有优于1m分辨率遥感影像，存在优于1m分辨率的影像务必要使用，与第三季度相同分辨率的遥感影像相比，优先选择第一季度相应分辨率的影像；如果没有优于1m分辨率遥感影像，务必要使用二季度遥感影像；针对季度、分辨率相同的遥感影像，优选选择批次更早的新影像。（2）第三、第四分区类型。如果同时存在时相为二季度优于2.5m分辨率遥感影像和非二季度优于1m分辨率遥感影像，需要将二者联合应用。针对批次相同的遥感影像，如果时相低于3个月，需要将高分辨率影像作为主遥感影像，针对不同批次的遥感影像，需要将批次更早的影像作为主影像；如果遥感影像的时相、分辨率等均非第二季度，由于2.5m分辨率遥感影像和非二季度优于1m分辨率遥感影像同时存在，务必要选择二季度遥感影像，如果没有二季度影像，则需要选择时相最新且优于1m分辨率的遥感影像；针对季度、分辨率一致的遥感影像，优先选择时相最新的影像，其次选择批次最早的次遥感影像。

四、结语

随着基础地理国情监测工作的深入开展，传统监测方法因为耗时长、效率低、成果不丰富，已难以满足现代化、精细化的工作要求。遥感影像作为基础地理国情监测的主要组成部分，充分掌握遥感影像的使用技巧十分重要。但是受到遥感影像来源丰富、下发周期长、批次繁多以及相关工作人员缺乏对应用原则的了解、经验不足等因素的影响，导致基础地理国情监测仍存在一定的问题，由于未掌握遥感影像的使用技巧，必然会影响成果数据与地物分类的准确性，进而不利于后期统计分析的顺利开展。本文结合遥感影像的相关影响因素，进一步分析了其正确使用技巧，列出正确使用的参照表，确保监测中能够高效、准确选择遥感影像，提高工作效率和检测精度。

参考文献

[1]李龙凯.面向地理国情监测的城市遥感影像变化监测分析方法研究[J].中国住宅设施，2022（7）：64-66.

[2]王爽，庞春枝，谭宝琳，等.基于影像匹配的基础性地理国情监测遥感影像快速制作[J].测绘与空间地理信息，2017，40（10）：120-121，124，128.

[3]严秀娥.基于遥感影像的辽阳地理国情监测技术方法研究[J].测绘与空间地理信息，2019，42（6）：161-163.

[4]王安，陈容，高钊，等.面向对象的 ADS80遥感影像分类在地理国情监测中的应用研究[J].测绘与空间地理信息，2015（9）：69-71.

[5]刘荣.面向地理国情普查的城市遥感影像变化监测方法分析[J].现代测绘，2019，42（6）：27-30.

作者单位：重庆市地理信息和遥感应用中心