專利名稱：城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法，屬于城市發(fā) 展規(guī)劃、城區(qū)測繪制圖和城市遙感技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知城區(qū)地面不透水性程度分析制圖對于了解城區(qū)發(fā)展的狀 況、制訂城區(qū)未來規(guī)劃、評價城區(qū)環(huán)境質(zhì)量及居住適宜性極其重要。當(dāng) 前，城區(qū)地面不透水性程度制圖采用兩種方法。 一種是遙感目視解譯制 圖方法，該方法首先要確定所分析城區(qū)范圍，然后在城區(qū)內(nèi)分類勾繪各 種城市不透水性地面，如路面，建筑物，停車場等等，以及透水性地面， 如草地、林地、水體等等。然后再根據(jù)像素空間分辨率及勾繪的不透水 性地面所占總面積，按不同城區(qū)地塊給出地面不透水性程度分析報告。 該方法主要是以人工目視解譯為主，費(fèi)時費(fèi)力，成本高，效率低。另一 種是基于像素的遙感影像分類方法，由于城區(qū)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同物異譜、異 物同譜、相互遮擋和陰影影響，加之基于像素分類的方法普遍存在的"椒 鹽"效應(yīng)不利影響，該種方法實(shí)際應(yīng)用很少。發(fā)明內(nèi)容鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用遙感影像的城 區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明所涉及的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法，包括如下步驟步驟一，對選擇好的城區(qū)多光譜遙感影像進(jìn)行第一次分割，對生成 的影像對象層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸?，然后再在分類的層上?zhí)行基于分類 的融合，從而獲得城區(qū)與非城區(qū)分布范圍的影像對象層；步驟二，對城區(qū)多光譜遙感影像進(jìn)行第二次分割，獲得可以表示城 區(qū)完全不透水性地面獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元的影像對象層，也對生成的影像對象 層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸?；步驟三，對城區(qū)多光譜遙感影像進(jìn)行第三次分割，獲得可以表示城 區(qū)不同地塊的影像對象層，結(jié)合第一次和第二次影像分割對象層分類的 特征信息，對第三次生成的可以表示城區(qū)不同地塊的影像對象層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸?，把城區(qū)地塊按不透水性程度的大小進(jìn)行分類；步驟四，輸出對第三次分割的影像對象層分類后的結(jié)果圖，即獲得 城區(qū)地塊按不透水性程度大小分類的結(jié)果圖。在上述的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法中，在所述步驟一、 所述步驟二和所述步驟三中，采用同一種可變尺度參數(shù)的面向?qū)ο蟮挠?像分割算法，以三種不同的尺度生成二層影像對象層，即城區(qū)與非城區(qū) 分布范圍的影像對象層、表示城區(qū)完全不透水性地面獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元的影 像對象層、表示城區(qū)不同地塊的影像對象層。其中優(yōu)選，第一次分割所 使用的分割尺寸 > 第二次分割所使用的分割尺寸〉第二次分割所使用 的尺寸。此外，所述可變尺度參數(shù)的面向?qū)ο笥跋穹指钏惴▋?yōu)選包括易康遙 感影像分析軟件中采用的多分辨率分割算法、以及均值漂移分割算法。在上述的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法中，在所述步驟三中， 對所述第三次分割而生成的所述表示城區(qū)不同地塊的影像對象層進(jìn)行所 述面向?qū)ο蟮姆诸悤r，采用面向?qū)ο蟮哪：诸惼鬟M(jìn)行分類，該面向?qū)?象的模糊分類器所利用的特征包括了第一次和第二次影像分割對象層分 類的特征信息。在上述的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法中，在所述步驟一中， 所述第一次分割是基于像元的光譜特征(光譜類似性)進(jìn)行非監(jiān)督分類 的過程，并基于非監(jiān)督分類再進(jìn)行類合并，即所述融合。此外，在上述的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法中，所述多光譜遙感影像的分辨率是1 30m范圍的像元地面分辨率，所述多光譜遙感影像的多光譜波段應(yīng)最少具有紅、綠、藍(lán)、近紅外四個波段的數(shù)據(jù)。 在上述的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法的所述步驟四中，所述不透水性程度的大小包括0%、 1畫25%、26-50%、51-75%、76-99%、 100%。本發(fā)明可以從遙感影像上分類提取出城區(qū)并計算機(jī)分類劃分不透水 性地面和透水性地面，然后依據(jù)遙感影像像元地面分辨率，計算完全不 透水性地面類別和所在城市地塊的面積，獲得不同城區(qū)地塊地面的不透 水性程度，最后獲得整個城區(qū)的不透水性程度分析圖。本發(fā)明的利用遙 感影像進(jìn)行城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法與當(dāng)前應(yīng)用的遙感目視 解譯人工制圖方法相比，用計算機(jī)自動提取代替人工視覺數(shù)字化提取， 節(jié)省了大量的人力、物力和財力，效率明顯提高，而且可以保證分析制 圖的精度。本發(fā)明的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法具有技術(shù)流程簡單， 速度快，效率高等優(yōu)點(diǎn)，完全可以替代當(dāng)前正在應(yīng)用的常用測算方法。 因此，具有實(shí)用性，存在較大的推廣應(yīng)用商業(yè)價值。本發(fā)明的有益效果在于(1) 用計算機(jī)提取出城區(qū)并自動分類劃分不透水性地面和透水性地 面，計算出城區(qū)不同地塊地面的不透水性程度，最后獲得整個城區(qū)的不透水性程度分析圖；(2) 與當(dāng)前應(yīng)用的遙感目視解譯人工制圖方法相比，節(jié)省了大量的人 力、物力和財力，效率明顯提高；(3) 人工交互操作大大減少，大大提高了自動化程度；(4) 可以保證分析制圖的精度。


當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地 理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性 實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中圖1是本發(fā)明實(shí)施例的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法的流程圖；圖2為某城市多光譜遙感影像真彩色合成圖；圖3為融合后的大尺度的城區(qū)與非城區(qū)分類圖，其中紅色所示為城 區(qū)，藍(lán)色為水體，黑色為非城區(qū)。圖4為分類的完全不透水性地面城市結(jié)構(gòu)單元分布圖，其中紅色所 示為完全不透水性地面。圖5為城區(qū)不同地塊地面不透水性程度分析圖，其中不同的顏色代 表了城區(qū)地面不透水性程度的大小，如紅色表示為完全不透水地面，即 100%不透水地面。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法的 流程圖，如圖1所示，包括以下步驟對選擇好的城區(qū)多光譜影像進(jìn)行第一次分割，對生成的影像對象層 進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸?，然后再在分類的層上?zhí)行基于分類的融合，從而 獲得城區(qū)與非城區(qū)分布范圍的影像對象層(SllO)。對城區(qū)多光譜影像迸行第二次分割，獲得可以表示城區(qū)完全不透水 性地面獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元的影像對象層，也對生成的影像對象層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸?S120)。對城區(qū)多光譜影像進(jìn)行第三次分割，獲得可以表示城區(qū)不同地塊的 影像對象層，結(jié)合第一次和第二次影像分割對象層分類的特征信息，對 第三次生成的可以表示城區(qū)不同地塊的影像對象層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸?，把城區(qū)地塊按不透水性程度的大小進(jìn)行分類(S130)。輸出對第三次分割的影像對象層分類后的結(jié)果圖，即獲得城區(qū)地塊 按不透水性程度大小分類的結(jié)果圖(S140)。首先選擇好城區(qū)合適分辨率多光譜遙感影像，本發(fā)明的合適分辨率 是指具有中或高像元地面分辨率的遙感影像，建議選用1 30m范圍的像 元地面分辨率的多光譜遙感影像。其中，多光譜波段應(yīng)最少具有紅、綠、 藍(lán)、近紅外四個波段的數(shù)據(jù)為原則。這里以某城市城區(qū)地面不透水性程 度分析制圖為例，選擇常用的遙感數(shù)據(jù)陸地資源衛(wèi)星多光譜遙感影像(以 其中的1-5波段和7波段，不用第6波段)來進(jìn)行。圖2為融合后的大 尺度的城區(qū)與非城區(qū)分類圖，其中紅色所示為城區(qū)，藍(lán)色為水體，黑色為非城區(qū)，如圖2所示，示出了某城市多光譜遙感影像真彩色合成圖，地面空間分辨率為30m。然后，采用同一種可變尺度參數(shù)的面向?qū)ο笥跋穹指钏惴?，以三種不同的尺度生成三層影像對象層。本發(fā)明優(yōu)選兩種可變尺度分割算法一種為作為商業(yè)軟件的易康遙感影像分析軟件(eCognition)中采用的多 分辨率分割算法；另一種為均值漂移(Mean Shift)分割算法。當(dāng)然本發(fā)明 并不限于上述兩種可變尺度分割算法，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可選擇 分割性能更好的可變尺度分割算法。在步驟S110中，基于光譜類似性對多光譜影像進(jìn)行第一次分割，對 生成的影像對象層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸?，然后再在分類的層上?zhí)行基于 分類的融合，從而獲得城區(qū)與非城區(qū)分布范圍的大尺度影像對象層。此 次分割可以為理解為基于像元的光譜特征進(jìn)行聚類(非監(jiān)督分類)的過 程，基于非監(jiān)督分類再進(jìn)行類合并，即融合。在步驟S120中，以合適的小尺度對多光譜影像進(jìn)行第二次分割，獲 得可以表示城區(qū)完全不透水性地面獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元的影像對象層，也對生 成的影像對象層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸?。此步驟中合適小尺度的含義為 與選定處理的多光譜遙感影像像元地面分辨率相對應(yīng)的能完全表示城區(qū) 100%不透水性地面區(qū)域的尺度。對于同一種分割方法，影像像元地面分 辨率越低，設(shè)定的尺度參數(shù)值越小；反之越大。圖4為分類的完全不透 水性地面城市結(jié)構(gòu)單元分布圖，如圖4所示，其中紅色所示為完全不透 水性地面城區(qū)。在步驟S130中，以合適的中尺度對多光譜影像進(jìn)行第三次分割，獲 得可以表示城區(qū)不同地塊的影像對象層，結(jié)合第一次和第二次影像分割 對象層分類的特征信息，對第三次生成的可表示城區(qū)不同地塊的影像對 象層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸?，把城區(qū)地塊按不透水性程度的大小(0%， 1國25%， 26-50%， 51-75%， 76-99%， 100%)進(jìn)^亍力、類。it匕步3聚中合適中 尺度是與步驟S120中的小尺度相對而言的，其含義為與選定處理的多光譜遙感影像像元地面分辨率相對應(yīng)的能表示城區(qū)不同地塊地面區(qū)域的 尺度。同樣，對于同一種分割方法，影像像元地面分辨率越低，設(shè)定的尺度參數(shù)值越??；反之越大。本發(fā)明的關(guān)鍵之處為對第三次生成的可表示城區(qū)不同地塊的影像 對象層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸悤r，所采用的面向?qū)ο蟮哪：诸惼魉?的特征包括了第一次和第二次影像分割對象層分類的特征信息。具體來 說就是，把第一次分割、分類及融合后獲得的較大范圍大尺度城區(qū)作為 不透水性程度分析制圖的范圍；把第二次分割及分類后獲得的表示城區(qū)完全不透水性地面獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元的影像對象區(qū)域面積作為計算分析第三 次分割獲得的城區(qū)地塊不透水性程度分析的依據(jù)。圖5為城區(qū)不同地塊地面不透水性程度分析圖，其中不同的顏色代 表了城區(qū)地面不透水性程度的大小，例如，對于第三次分割獲得的某一 城區(qū)地塊對象而言，假如該地塊區(qū)域內(nèi)，其第二次分割及分類后獲得的 表示城區(qū)完全不透水性地面獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元的影像對象區(qū)域總面積占該城 區(qū)地塊區(qū)域總面積為81% (或?qū)儆?6-99%范圍的某一個值)，則該城區(qū) 地塊的不透水性程度分類為"76-99%不透水地面"。依此類推，對第三次 分割獲得的全部城區(qū)地塊進(jìn)行不透水性程度分類，共6類。如圖5所示， 例如紅色表示為完全不透水地面，即100%不透水地面，粉紅色表示 76-99%不透水地面，橙色表示51-75%不透水地面，土黃色表示26-50% 不透水地面，黃色表示1-25%不透水地面，黃綠色表示0%不透水地面。在步驟S140中，輸出對第三次分割的影像對象層分類后的結(jié)果圖， 即獲得城區(qū)地塊按不透水性程度大小分類的結(jié)果圖。需要說明的是，地理制圖尺度是一個相對的概念，本發(fā)明的城區(qū)地 面不透水性程度分析制圖方法所說的保證分析制圖的精度是針對同樣的 地理制圖尺度下，同樣的遙感影像數(shù)據(jù)條件下，相對于目前應(yīng)用的"目 視解譯制圖分析方法"和"基于像素分類制圖分析方法"而言的。就不同的地理制圖尺度下，顯然，制圖比例尺度越大，精度越高；不同像元 地面分辨率遙感數(shù)據(jù)，分辨率越高，其制圖精度越高。本發(fā)明可以從遙感影像上分類提取出城區(qū)并計算機(jī)分類劃分不透水 性地面和透水性地面，然后依據(jù)遙感影像像元地面分辨率，計算完全不 透水性地面類別和所在城市地塊的面積，獲得不同城區(qū)地塊地面的不透 水性程度，最后獲得整個城區(qū)的不透水性程度分析圖。本發(fā)明的利用遙 感影像進(jìn)行城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法與當(dāng)前應(yīng)用的遙感目視 解譯人工制圖方法相比，用計算機(jī)自動提取代替人工視覺數(shù)字化提取， 節(jié)省了大量的人力、物力和財力，效率明顯提高，而且可以保證分析制 圖的精度。本發(fā)明的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法具有技術(shù)流程簡單， 速度快，效率高等優(yōu)點(diǎn)，完全可以替代當(dāng)前正在應(yīng)用的常用測算方法。 因此，具有實(shí)用性，存在較大的推廣應(yīng)用商業(yè)價值。應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實(shí)施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面 地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。因此，盡管本說明書參照附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本 發(fā)明的精神和技術(shù)實(shí)質(zhì)的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明專利 的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法，其特征在于包括以下步驟步驟一，對選擇好的城區(qū)多光譜遙感影像進(jìn)行第一次分割，并對生成的影像對象層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸?，然后再在分類的層上?zhí)行基于分類的融合，從而獲得城區(qū)與非城區(qū)分布范圍的影像對象層；步驟二，對所述城區(qū)多光譜遙感影像進(jìn)行第二次分割，獲得表示城區(qū)完全不透水性地面獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元的影像對象層，也對生成的影像對象層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸悾徊襟E三，對所述城區(qū)多光譜遙感影像進(jìn)行第三次分割，獲得表示城區(qū)不同地塊的影像對象層，結(jié)合第一次和第二次影像分割對象層分類的特征信息，對第三次生成的所述表示城區(qū)不同地塊的影像對象層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸?，把城區(qū)地塊按不透水性程度的大小進(jìn)行分類；以及步驟四，輸出對所述第三次分割的影像對象層分類后的結(jié)果圖，即獲得城區(qū)地塊按不透水性程度大小分類的結(jié)果圖。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法，其 特征是在所述步驟一、所述步驟二和所述步驟三中，采用同一種可變 尺度參數(shù)的面向?qū)ο蟮挠跋穹指钏惴?，以三種不同的尺度生成三層影像 對象層，即所述城區(qū)與非城區(qū)分布范圍的影像對象層、所述表示城區(qū)完 全不透水性地面獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元的影像對象層、所述表示城區(qū)不同地塊的影像對象層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法，其特征是在所述步驟三中，對所述第三次分割而生成的所述表示城區(qū) 不同地塊的影像對象層進(jìn)行所述面向?qū)ο蟮姆诸悤r，采用面向?qū)ο蟮哪?糊分類器進(jìn)行分類。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法，其特征是第一次分割所使用的分割尺寸〉第三次分割所使用的分割尺 寸 > 第二次分割所使用的尺寸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法，其特征是所述可變尺度參數(shù)的面向?qū)ο笥跋穹指钏惴òㄒ卓颠b感影像 分析軟件中采用的多分辨率分割算法、以及均值漂移分割算法。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法，其特征是所述面向?qū)ο蟮哪：诸惼魉玫姆诸愄卣靼ǖ谝淮魏偷?二次影像分割對象層分類的特征信息。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法，其特征是在所述步驟一中，所述第一次分割是基于像元的光譜特征進(jìn)行 非監(jiān)督分類的過程，并基于非監(jiān)督分類再進(jìn)行類合并，即所述融合。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法，其 特征是所述多光譜遙感影像的分辨率是1 30m范圍的像元地面分辨率。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法，其特征是所述多光譜遙感影像的多光譜波段應(yīng)最少具有紅、綠、藍(lán)、近 紅外四個波段的數(shù)據(jù)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法， 其特征是所述不透水性程度的大小包括0%、 1-25%、 26-50%、 51-75%、 76-99%、 100%不透水地面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種城區(qū)地面不透水性程度分析制圖方法，包括以下步驟第一次分割選擇好的城區(qū)多光譜遙感影像，對生成的影像對象層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸?，再在分類的層上?zhí)行基于分類的融合而獲得城區(qū)與非城區(qū)分布范圍的影像對象層(S110)；第二次分割該遙感影像獲得表示城區(qū)完全不透水性地面獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元的影像對象層，對該層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸?S120)；第三次分割該遙感影像獲得表示城區(qū)不同地塊的影像對象層，結(jié)合第一次和第二次影像分割對象層分類的特征信息對該層進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆诸悾殉菂^(qū)地塊按不透水性程度的大小進(jìn)行分類(S130)；輸出對第三次分割的影像對象層分類后的結(jié)果圖即獲得城區(qū)地塊按不透水性程度大小分類的結(jié)果圖(S140)。
文檔編號G01S17/89GK101403796SQ20081022700
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者師紅云, 楊松林, 斌 王, 胡吉平, 譚衢霖, 魏慶朝 申請人:北京交通大學(xué)