高维遥感数据分类研究现状论文

洋河流域遥感图像土地利用分类方法研究 【摘要】遥感影像分类方法的确定是LUCC研究中的关键步骤。文章以洋河流域为研究区，分别进行了非监督分类和监督分类。针对监督分类结果中存在的误差，对水域、植被、城镇与工矿用地三种类型地物的提取分别选择了综合阈值法、植被指数法、DEM数据辅助分析法进行了改进，结果表明改进后的提取结果较监督分类直接得到的结果有了很大的改善。【关键词】遥感图像；监督分类；综合阈值法；植被指数法【中图分类号】TP79 【文献标识码】A【文章编号】1671-5969（2007）16-0164-03一、研究区域概况及图像资料（一）研究区域概况洋河流域是张家口经济发展的中心地带，水资源相对丰富。洋河发源于山西省阳高县和内蒙古兴和县，是永定河上游的一大支流，流域面积约14600km2 。在张家口市流域面积为9762km2，流经万全县、怀安县、张家口市区、宣化县、宣化区、下花园区、怀来县等，干流全长106 km，在朱官屯于桑干河汇合后流至官厅水库，是官厅水库的重要水源。洋河流域形状东西向较长，南北向较短，地形总趋势西北高、东南低。流域的东北、北部和西北沿坝头一带海拔高程1200～1500m之间，西部和南部边界海拔高程一般在500～1000m之间。流域内80％以上为丘陵山区，绝大部分为荒山秃岭。流域内大部分为黄色沙壤土，并有部分砂砾土及黄粘土，沿河川地层厚且较肥沃[1]。（二）信息源遥感信息源的选择要综合考虑其光谱分辨率、空间分辨率、时间分辨率等因素， 这是利用遥感图像进行土地利用分类的关键问题。美国的Landsat TM 图像是当前应用最为广泛的卫星遥感信息源之一，它可提供7个波段的信息， 空间分辨率为30～120m。TM数据源各波段各有特点，可进行不同地物类型的信息提取。相关资料表明TM遥感数据各波段间的信息相关关系为：TM1与TM2，TM5与TM7高度相关，相关系数达以上，信息冗余大，可以考虑不选取TM1波段。另外由于第6个波段的分辨率为120m，不利于地物信息的提取，所以亦不选取TM6波段。一般来说， 选择图像类型时，应考虑研究区域的大小、研究的目的，以及要达到的精度要求，另外不同时相遥感图像的选择对分类精度也具有很大的影响。为了能把水域、城市与工矿用地、林地、耕地、裸地区分开，以洋河流域1987年9月17日的TM图像为信息源进行研究。本文中所使用的遥感图像处理工具为美国ERDAS公司的ERDAS 软件，它是一个功能完整的、集遥感与地理信息系统于一体的专业软件，具有数据预处理、图像解译、图像分类、矢量功能、虚拟gis等多个功能。二、现有遥感图像土地利用分类的主要方法及其分析遥感图像土地利用分类就是利用计算机通过对遥感图像中各类地物的光谱信息和空间信息进行分析，选择特征，并用一定的手段将特征空间划分为互不重叠的子空间，然后将图像中的各个像元划归到各个子空间中以实现分类[2]。按照是否有已知训练样本的分类数据，将其分为非监督分类和监督分类。它们最大的区别在于监督分类首先给定类别，而非监督分类则由图像数据本身的统计特征来确定。（一）非监督分类非监督分类是在多光谱特征空间中通过数字操作搜索像元光谱属性的自然群组的过程，这种聚类过程生成一副有m个光谱类组成的分类图。然后分析人员根据后验知识将光谱类划分或转换成感兴趣的专题信息类[3]。洋河流域内有很多山地，在图像上会产生大量的阴影，导致了像元灰度值的空间变化，这对分类结果有很大的影响。为此可以通过比值运算来去除阴影的影响，使向阳处和背阴处都毫不例外地只与地物的反射率的比值有关。常用算法：近红外波段（TM4）/红外波段（TM3），这样所得到的效果比较好，从原始图像和比值运算后的图像（图像略）中，可以清楚地看到山体阴面的阴影得到了有效的去除。经过比值运算后， 就可以对图像进行非监督分类。得到的分类结果如图1所示。非监督分类只根据地物的光谱特征进行分类，受人为因素的影响较少，不需要对地面信息有详细的了解，但由于“同物异谱、异物同谱”等现像的存在，其结果一般不如监督分类令人满意。比如官厅水库旁边的大量建筑物被分到水体一类。是因为在TM3波段上，水体和建筑物的灰度值相近， 同样在TM7波段上，裸山和建筑物的灰度值也相近。总之，在TM的6个波段上，无论采用哪个波段进行非监督分类，总有几种地物的光谱值接近，因此单纯依靠计算机自动分类取得很好的效果是非常困难的。

遥感技术是20世纪60年代发展起来的对地观测综合技术，并从70年代开始得到迅猛发展。随着遥感技术的发展，遥感信息存储、处理与应用技术也得到不同程度的发展。目前已经广泛应用于矿产资源调查、土地资源调查、地质灾害监测与环境保护等国土资源各个领域，并发挥着越来越重要的作用。当今，遥感技术发展呈现如下重要趋势。

(1)将保持对地观测数据的持续性和稳定性放在重要地位

美、法两国继续保持他们的“Landsat”和“SPOT”卫星的系列化。Landsat卫星自1972年首次发射至今，其空间分辨率已从原MSS传感器近80m提高到ETM传感器的15m，但它185km的地面覆盖宽度始终如一。SPOT卫星的最高空间分辨率从初期的10m提高到，其地面覆盖宽度也一直保持在60km。这种稳定性和持续性使得这两种卫星的数据占据了光学遥感卫星数据市场之首。

继美国、法国之后，加拿大、欧洲太空局、日本和俄罗斯也先后于20世纪80～90年代研制发射了本国(地区)的资源、环境卫星。这些卫星不仅技术上不乏先进性，而且具有很强的数据获取能力。但其系列性不强，所产生的作用和影响均受到一定的限制。

作为发展中国家的印度，其“印度遥感卫星”系列被认为是世界上最好的民用遥感卫星系列之一，且拥有全球最大的遥感卫星星座。从1988年开始，印度几乎每隔2～3年发射一颗资源型卫星，2005年还发射了测图卫星(CARTOSAT)，受到了世界的关注。印度资源卫星成为继美、法之后在地球空间轨道上稳定运行的另一卫星系列。

(2)遥感数据分辨率不断提高

随着世界经济和社会的发展，人们对地球资源和环境的认识不断深化，对高分辨率遥感数据的要求也不断提高。这种高分辨率首先体现在高时间分辨率和高地面分辨率两个方面。

20世纪90年代，印度发射的卫星地面分辨率达到，俄罗斯的卫星地面分辨率达到2m；1999～2003年，美国发射了IKONOS卫星、QuickBird卫星和OrbView-3卫星，全色波段的地面分辨率已达1m以下，多光谱的地面分辨率为2～4m；法国、以色列也拥有类似的高分辨率卫星。

近几年来，光谱分辨率的提高是卫星遥感发展的又一个趋势。高分辨率的空间信息较好地适应了众多用户的需求，具有较好的商业化前景。1999年美国发射的EOSTerra卫星上装载的中分辨率成像光谱仪具有36个波段；号称“新千年计划”第一星的美国EO-1卫星，装载一台光谱分辨率达10nm、共220个波段的高光谱成像仪，具有特殊的优势。

(3)全天候微波遥感迅速发展

微波遥感的发展为克服天气条件对空间信息的影响开辟了途径。1981年以来，美国利用航天飞机执行了3期航天雷达计划(SIR-A，B，C)。对星载雷达的许多关键技术和应用基础问题开展了全球范围的实验研究。此外，一项对地球表面测绘制图的革命性技术，即美国“航天飞机雷达测图计划”(SRTM)的技术系统，对今后的卫星遥感发展，特别是在测绘制图方面产生了重大影响。

俄罗斯的“钻石”卫星系列在雷达卫星中占有重要地位。从1991年到1999年，俄罗斯共发射了4颗“钻石”雷达卫星，所获得的数据也在国际上得到了一定的应用。

欧洲太空局的地球资源卫星主要面向海洋，定位在微波遥感，特别是雷达遥感上。1991年发射的两颗卫星(ERS-1，2)至今尚在运行。2002年发射的超大型平台环境卫星(ENVISAT)集光学和微波对地观测于一身。

加拿大的雷达卫星(Radasat)具有多种工作模式，即多入射角、多成像带宽、多分辨率的特点，可在45km、75km、100km、150km、300km和500km的地面宽度上成像，最高分辨率为6m，最低100m，具有很强的数据处理、数据服务以及在全球多个地面站的接收能力，成为目前使用最为广泛的空间雷达信息数据源。

(4)综合性和专业化成为卫星发展两个相辅相成的方向

自20世纪80年代末期以来，以美国为主的对地观测(EOS)计划是最为综合、最全面的一项全球性研究计划。计划中的一系列大型综合卫星平台，如TERRA、AQUA、AURA等也集中体现了当前发展的最新对地观测技术。除此而外，正在执行中的有16 个国家参加的国际空间站计划，也拟将这种大型载人的航天设施作为一种特殊的综合平台实施对地观测，而这种观测将全面涉及陆地表面、海洋和大气。

在人们倾注于发展大型综合平台，实施较全面而综合的对地观测的同时，一种专业性很强，目标明确的小卫星甚至微卫星、纳卫星也在悄然兴起并得到发展，这种“快、好、省”的空间对地观测系统尤其受到广大中、小国家的欢迎。美国数字全球公司的“晨鸟”和“快鸟”卫星，空间成像公司的IKONOS卫星，以及轨道成像公司的OrbView系列卫星，甚至美国喷气推进实验室的 LightSAR卫星，TRW公司的Lewis高光谱卫星，都属小卫星之列。美国鼓励发展小卫星，旨在提高其商用价值。以色列和法国为军事需要，研制和发射了地面分辨率为1m的小卫星，其中以色列在高分辨率成像方面技术先进，提高了其卫星的小型化程度。

(5)航空遥感对地观测起着不可替代的作用

在卫星对地观测高度发达的今天，航空遥感仍然受到世界各国的高度重视。许多发达国家都组建了国家级的大型、综合航空遥感系统。美国所拥有的先进遥感飞机，如 ER-2 型飞机、C-130、C-141、DC-8等大型飞机平台最受人们关注。其中，飞行高度达20km以上的ER-2型飞机可装载数十种仪器，进行综合性遥感，包括遥感技术发展和对各类对地观测卫星进行模拟，以论证和开展一些重要应用领域的业务观测和监测任务。同时，由于军事需要，无人驾驶飞机有了很大的发展。例如，在美国的军事行动中，“全球鹰”无人机发挥了至关重要的作用。作为对地观测的一个组成部分，这种在平流层的对地观测系统也在一些国家加快了研发的进度。