1樓：中地數媒
楊大志 付洛玲 段嶸峰 曹千紅 管相榮
（河南省國土資源廳資訊中心，鄭州，450003）
摘要：本文采用物件導向分類的方法，使用專業遙感影象分類軟體ecognition4.0，以河南省臨潁縣為研究區，對處理後的臨潁縣spot5影像進行多層次分割及合併，根據分類體系定義相應知識庫，進行土地利用資訊提取研究，**該方法在高空間解析度遙感影像應用於土地利用/土地覆被自動分類中的應用潛能，為高解析度影像用於土地利用分類資訊提取提供新技術手段。
土地資源利用狀況調查、土地資源動態監測是土地管理工作的一個重要內容。近年來，隨著空間遙感技術的發展，高解析度遙感影像在土地資源調查、土地資源動態監測等領域中的應用日益廣泛。高解析度遙感資料與多光譜和高光譜解析度資料相比，具有空間資訊豐富、地物幾何結構和紋理資訊更加明顯、波段較少的特點。
對於高解析度的遙感影像來說，利用傳統的面向像元的影象分類方法來提取土地利用分類資訊，易造成分類精度低，空間資料大量冗餘以及資源的浪費［1～2］。實際上，靠傳統的面向像元的遙感影象分類法來提取土地利用資訊已不能滿足實際運用的要求。因此，基於高解析度遙感影像土地利用分類資訊提取必須根據其特點採取新的技術方法，建立起影象資料與目標特性之間的物理—機理聯絡，而不僅僅是統計聯絡，才能充分挖掘高解析度遙感影像所包含的資訊，這是高解析度衛星影像資訊處理成敗的關鍵［3］。
物件導向分類技術作為一種新的遙感影像很好地解決了這個問題，而ecognition軟體正是基於物件導向方法的影像分類技術。本文就是基於該軟體以河南省臨潁縣土地利用分類資訊提取為例對該方法進行了**。
1 研究區概況和資料基礎
研究選取河南省臨潁縣作為研究區。臨潁縣位於河南省中部，潁河上游，屬漯河市，面積821km2，人口65.76 萬，轄15個鄉鎮，362個行政村。
臨潁縣地處潁河沖積平原，西北部較高，東南部稍低。圖1是河南省臨潁縣spot5遙感影像圖。
本研究主要以下述資料為研究基礎。
1.1 影像資料
本次遙感影象分類採用資料為spot5 （2.5 m解析度）影像資料，景帶號為279/281和279/282，接收時間為2023年9月。兩景資料採用erdas 8.
7軟體進行處理，通過配準校正融合，選擇克拉索夫斯基橢球體和高斯—克呂格投影，通過裁切，得到臨潁縣遙感影像資料（見圖1）。
圖1 河南省臨潁縣 spot5 遙感影像圖
1.2 向量資料
近年的土地利用資料庫資料。
1.3 其他資料
與研究區有關的行政區劃、農、林等方面的文獻資料。
通過近年的土地利用資料庫資料和影像資料研究可以發現臨潁縣土地利用型別較豐富，主要以農用地為主，地物型別比較全面，是研究土地利用/土地覆被的較好選擇。
2 物件導向分類方法簡介
物件導向的分類方法是一種智慧化的自動影像分析方法，它的分析單元不再是單個畫素，而是由若干個畫素組成的畫素群，即目標物件［4］。目標物件比單個畫素更具有實際意義，特徵的定義和分類均是基於目標物件進行的。通常物件導向的分類方法包括兩個步驟：
多解析度分割和模糊邏輯分類［5］。
ecognition軟體採用物件導向的遙感影像解譯思想。首先根據像元光譜資訊、區域性區域紋理資訊以及形狀和尺度引數自動將影像分割為若干相對同質的區域，稱為影像物件（image objects），為下一步分類提供資訊載體和構建基礎［6］，所有後續的分類工作都基於這些影像物件進行，分類結果避免了斑點噪聲而具有很好的整體性，改變了以往面向畫素進行分類的傳統。同時，軟體提供最鄰近法和模糊隸屬度函式兩種解譯方法。
本研究就是採用物件導向的分類方法，以ecognition 中membership function （隸屬度函式）為主，模仿目視解譯過程，從遙感資訊機理與地學規律的綜合分析入手，綜合其他輔助資訊進行分類。通過對輔助資料、外業調查成果以及軟體的學習得到了臨潁縣各類典型地物分類的知識，並以相應的形式表示這些知識，整合影像亮度值、亮度值關係和幾何形狀以及紋理、鄰近關係等特徵，對試驗區土地利用/覆被進行分類。
3 分類體系和技術流程
3.1 分類體系
根據臨潁縣土地利用實際情況，參照歷年土地利用分類標準，本次資訊提取分類採取的分類體系如圖2所示。
3.2 技術流程
使用ecognition軟體對研究區spot5影像資料進行土地利用資訊提取研究分如下幾步進行：①把處理好的影像資料輸入到軟體中，定製分割引數，對其執行分割，生成影像物件；②根據研究區地物型別建立分類層次結構；③確定合適的分類方法（包括最鄰近法和模糊隸屬度函式兩種方法），選取相應地物型別樣本或者分類特徵，構建知識庫，執行分類，並可根據目視解譯結果和事先準備的調查區資料對分類結果進行人工干預，進一步提高分類精度；④對分類結果進行分類精度評價；⑤把分類結果輸出，輸出的格式可以為所需要的相應的向量格式或柵格格式。本研究的技術流程如圖3所示。
圖2 研究區地物型別
圖3 研究技術流程圖
4 主要分類過程
4.1 定製分割引數
分割引數的定製相當重要，它關係到每一個分類物件的大小，直接影響到最後的分類結果。通過多次試驗，本次分類決定採用多層次分割的方法進行：水體和非水體資訊的提取以分割引數為80進行，其他引數均為預設；分類體系中其他類別資訊的提取在首次分割基礎上，以分割引數為65，其他引數也為預設對非水體進行多重分割，來進行其他地物型別的分類。
4.2 制定分類策略，建立類層次結構
在進行分類之前，首先要參照研究區地物型別，分析每種地物型別特徵及其相互之間的關係，制定合適的分類策略，建立類層次結構。可利用的研究物件屬性特徵包括色調、形狀、面積/大小和紋理等特徵，各物件之間關係包括與父物件之間、與子物件之間以及與鄰物件之間的關係三種型別。物件屬性特徵選取正確與否及其在多大程度上被正確表達對分類結果有著重要影響，它決定了最後分類正確與否和其精度。
物件導向的分類方法可以模仿人類大腦認知過程，充分利用每種地物型別特徵，按照由簡單到困難的順序逐步剝離提取分類體系中每種地物資訊。通過研究本次分類所要提取資訊自身特徵及其相互之間關係，制定本次分類的分類策略，建立了類層次結構，如圖4所示。
圖4 類層次結構示意圖
4.3 分類特徵的選取
根據建立的類層次結構，選取合適的物件屬性，對物件屬性進行定義，提取出相應物件的土地利用資訊。本次分類採用以下幾步進行：
（1）提取水體資訊 分割引數設為80，對影像進行分割，分割後，在整個研究區均勻選取樣本，採用標準最鄰近方法（standard nearest neighbor）對遙感影像進行分類（類似於監督分類），提取水體資訊。在此基礎上，依據水體的形狀特徵，把水體分為河流水面和坑塘水面兩類。根據實驗，長寬比大於3是河流，小於3的是坑塘。
（2）提取植被資訊，並進一步把植被分為耕地和林地 首先把提取出的水體資訊保護起來，在首次分割的基礎上對非水體進行再分割，分割引數設為65，其他引數為預設值，把非水體分為植被和非植被兩類，然後根據耕地和林地的不同特徵把其資訊提取出來。
（3）對非植被資訊進一步細分，從中提取出主要交通道路、城鎮居民點工礦和裸地（已收穫耕地） 資訊 首先從非植被資訊中提取出交通道路和非交通道路資訊，然後把非交通道路細分為裸地（已收穫耕地）和城鎮居民點工礦兩類。
此時，分類體系中的所有類別資訊已經全部提取出來，可根據實際情況對分類結果進行手工編輯，進一步刪除一些過小物件和糾正一些錯分資訊。當分得的各類資訊結果都比較滿意後，進行基於分類的融合，把小物件合併為大的物件，通過手工編輯和基於分類的融合後，得到最終分類結果如圖5所示。
圖5 遙感影像分類結果圖
4.4 分類精度評價
得到分類結果後，要根據分類得到的結果進行分類精度評價。評價採用如下方法進行：在分割後的影像上均勻隨機選取每個地類的目標物件，選取的目標物件數目根據分類結果得到的每個地類的目標物件數目而定，進行自動統計，得到統計結果。
統計結果如表1所示。
表1 分類結果精度評價表
通過分類結果精度評價表可以發現，自動分類的最後分類精度超過了80%，這對於研究區來講，分類結果還是比較令人滿意的。同時，根據統計結果可以得到如下結論：耕地、城鎮居民點、坑塘、河流資訊提取的效果較好；相對而言，裸地和道路資訊提取比較困難；林地資訊由於同耕地資訊相近，提取起來也有相當的難度，還有待於今後進一步研究。
通過研究表明，採用物件導向方法進行影象解譯和資訊的自動提取與面向像元方法相比具有較強優勢。物件導向的分類方法可以靈活運用地物本身的幾何資訊和結構資訊，紋理資訊以及上下層關係資訊、鄰近關係資訊等，更主要的是可以載入人的思維，構建知識庫，從而提高了分類的精度，為各種不同地物的分類提供了更多的依據，比如通過影像的形狀和紋理特徵可以有效地識別河流、道路、建築物的形狀。利用ecognition對高解析度遙感影象進行土地利用自動分類，快速簡便，而且能夠達到較高精度，節省了大量的人力物力，為大面積土地利用調查和監測提供了新的科學方法。
參考文獻
丁曉英.ecognition在土地利用專案中的應用［j］.測繪與空間地理資訊，2005，28 （6）：116～120
劉亞嵐，閻守邕，王濤等.遙感影象分割槽自動分類方法研究［j］.遙感學報，2002，6 （5）：357～362
孫曉霞，張繼賢，劉正軍.利用物件導向的分類方法從ikonos全色影像中提取河流和道路［j］.測繪科學，2006，31 （1）：62～63
ecognition 3 made in germany ［z］
sun xiaoxia.an object－oriented classification method on high resolution satellite data ［z］.acrs2004，istanbul
杜鳳蘭.物件導向的地物分類方法分析與評價［j］.遙感技術與應用，2004，19 （1）：20～23
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