白洪偉，謝園園

(宿州學(xué)院環(huán)境與測繪工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

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宣城市涇縣遙感專題圖的制作研究

白洪偉，謝園園

(宿州學(xué)院環(huán)境與測繪工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

目的隨著計(jì)算機(jī)輔助遙感制圖的方法發(fā)展，與遙感影像圖的常規(guī)編制方法相比，數(shù)字制圖和遙感圖像處理技術(shù)的結(jié)合簡化與革新了影像地圖編制工藝，改善了影像制圖條件，改變了傳統(tǒng)的從大比例尺逐級縮到小比例尺地圖的邏輯程序。方法根據(jù)遙感專題制圖制作的一般過程，主要包括數(shù)據(jù)獲取、圖像預(yù)處理、影像分類及影像制圖。并以宣城市涇縣為例，運(yùn)用ENVI 5.1軟件制作了宣城市涇縣地形分布圖分類。采用的原始數(shù)據(jù)為2013年10月的遙感影像圖，影像平均云量為0.2。結(jié)果通過對影像進(jìn)行裁剪、監(jiān)督分類，再對分類結(jié)果進(jìn)行精度評定以及符號注記等，得出一份對比度強(qiáng)、地物清晰的宣城市涇縣專題地圖。結(jié)論利用遙感影像進(jìn)行大比例尺遙感專題制圖，充分發(fā)揮了現(xiàn)勢性強(qiáng)、成圖周期短和豐富的信息等優(yōu)點(diǎn)，可以作為當(dāng)前地圖更新、城市規(guī)劃的首選信息數(shù)據(jù)源，在遙感各個(gè)方面的應(yīng)用前景十分廣泛。

遙感影像地圖；ENVI；監(jiān)督分類；注記

0　引　言

遙感制圖是指利用航空或航天遙感圖像資料制作或更新地圖的技術(shù)。其成果包括遙感影像地圖和遙感專題制圖。由于遙感圖像本身的信息量極其豐富，可根據(jù)制作的統(tǒng)一基礎(chǔ)影像進(jìn)行各種專題內(nèi)容的解譯，進(jìn)而編制系列專題地圖。傳統(tǒng)的遙感專題圖的制作是利用刪格數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大的遙感軟件處理影像，然后在圖像處理軟件中進(jìn)行修飾。在20世紀(jì)70年代以后，計(jì)算機(jī)輔助遙感制圖的方法發(fā)展起來，是數(shù)字制圖和遙感圖像處理等技術(shù)的結(jié)合。與遙感影像圖的常規(guī)編制方法相比，簡化與革新了影像地圖編制工藝，從而改善了影像制圖條件，改變了傳統(tǒng)的從大比例尺逐級縮到小比例尺地圖的邏輯程序。提高了遙感影像上配置符號注記的靈活性，縮短了成圖周期，降低了勞動強(qiáng)度[1-4]。

遙感技術(shù)在專題制圖領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用為專題地圖提供了更加廣泛、現(xiàn)勢性好的動態(tài)資料，遙感圖像的計(jì)算機(jī)解譯技術(shù)也為專題制圖工藝的改進(jìn)提供了技術(shù)保證。隨著高光譜圖像和成像光譜技術(shù)的發(fā)展，專題地圖的編制更向著高精度和大比例尺方向發(fā)展，遙感專題制圖又將被推向新的階段[9-12]。

1　專題圖的制作環(huán)境

1.1軟件環(huán)境

軟件是指控制硬件自動的執(zhí)行和實(shí)現(xiàn)影像地圖制作的各種應(yīng)用程序的總稱。目前圖像處理軟件有ERDAS MAGINE、ENVI、PCI、Photoshop等，圖形糾正軟件有PhotoMapper、GEO Image等，圖形軟件有Corel Draw、Map GIS等。

1.2硬件環(huán)境

硬件由計(jì)算機(jī)和各種圖像與圖形輸入、輸出設(shè)備構(gòu)成，其中計(jì)算機(jī)是遙感制圖的核心設(shè)備，用于控制整個(gè)遙感制圖過程，進(jìn)行遙感圖像數(shù)據(jù)的處理與分類以及數(shù)字地圖的編輯修改。

2　專題圖的制作

2.1數(shù)據(jù)獲取

所用遙感數(shù)據(jù)為LANDSAT8攜帶的OLI_TIRS傳感器獲取的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，影像獲取時(shí)間為2013年10月14日。圖像的分辨率是：1-7,9-OLI多光譜波段(30 m)；8-OLI全色波段(15 m)；10-11TIRS波段(30 m)，投影方式為UTM，Zone 50N，坐標(biāo)系為WGS-84，影像的平均云量為0.2，選取地區(qū)為安徽省宣城市涇縣。此外還包括了涇縣矢量邊界圖(1∶400萬)，坐標(biāo)系為WGS-84。

2.2圖像預(yù)處理

將獲取的數(shù)據(jù)利用MapInfo軟件進(jìn)行矢量裁剪，利用文件轉(zhuǎn)化功能將文件轉(zhuǎn)換為.shp格式，得到安徽省宣城市涇縣地區(qū)影像；再利用ENVI 5.1將影像進(jìn)行層的疊加。

2.3影像分類

2.3.1特征判別

文章采用的是監(jiān)督分類的方法。對遙感影像進(jìn)行地物分類時(shí)，需要目視解譯和計(jì)算機(jī)分類的有效結(jié)合，以提高分類精度。圖像分類的目的是將圖像中每個(gè)像元根據(jù)其在不同波段的光譜亮度、空間結(jié)構(gòu)特征或者其他信息，按照某種規(guī)則或算法劃分為不同的類別。該影像中地物大致可分為居民地(紅色)、水體(藍(lán)色)、植被(綠色)、其他(黃色)。

2.3.2訓(xùn)練樣本選擇

為了建立分類函數(shù)，需要對每一類別選取一定數(shù)目的訓(xùn)練樣本，在ENVI中是通過建立感興趣區(qū)或?qū)⑹噶课募D(zhuǎn)化為感興趣區(qū)文件來獲得的。文章中使用的是建立感興趣區(qū)的方法，在主影像窗口點(diǎn)擊“Overlay”→“Region of Interest”，在每種類別上畫上感興趣區(qū)并設(shè)置好相應(yīng)的顏色和類別名稱。訓(xùn)練樣本的選擇包括兩個(gè)方面，一是確定要分類的地物類型；二是確定樣本的數(shù)量。

訓(xùn)練樣本精度評定：在ROIs面板中，選擇“Options”→“Compute ROI Separability...”計(jì)算可分離性。類別間的統(tǒng)計(jì)距離是基于Jeffries-Matusita距離和Transformed Divergence(轉(zhuǎn)換分離度)來計(jì)算的。Jeffries-Matusita和Transformed Divergence的值都是在0到2之間，其值如果大于1.9，說明樣本之間可分離性好，屬于合格樣本；其值如果小于1.8，則需要重新選擇訓(xùn)練樣本；其值如果小于1，需要考慮將兩類訓(xùn)練樣本合成為一類樣本。文章實(shí)驗(yàn)影像感興趣區(qū)可分離性報(bào)表如圖1和圖2所示：

圖1　感興趣區(qū)(分類.roi)可分離性報(bào)表

圖2　感興趣區(qū)(分類驗(yàn)證.roi)可分離性報(bào)表

2.3.3分類器的選擇

根據(jù)分類的復(fù)雜程度、精度要求等來確定使用哪種分類器。目前監(jiān)督分類共有9種分類方法。文章采用的是支持向量機(jī)法。在ENVI主菜單下單擊“Classification”→“Supervised”→“Support Vector Machine”,在彈出的對話框中選中文件名，單擊左下角OK按鈕。最后將分類結(jié)果保存即可，如圖3所示：

2.3.4分類后處理

分類后處理包括分類后屬性修改、結(jié)果統(tǒng)計(jì)、混淆矩陣、聚類處理、類的疊加、類的合并、分類結(jié)果轉(zhuǎn)化為矢量等過程，都是可選項(xiàng)。在ENVI主菜單下單擊“Classification”→“Post Classification”即可進(jìn)行此類操作。

進(jìn)行類的疊加，通過選擇要疊合的類別與原影像進(jìn)行疊加，同時(shí)還可以對各類別做細(xì)微調(diào)整，將錯(cuò)分的像元?dú)w化到正確的類別。下圖4為植被的疊加結(jié)果。

圖4　植被分類結(jié)果與原影像的疊加

2.3.5結(jié)果驗(yàn)證

執(zhí)行監(jiān)督分類后，需要對分類結(jié)果精度進(jìn)行評價(jià)，通常采用結(jié)果疊加、混淆矩陣和ROC曲線來評價(jià)。在ENVI主菜單下單擊“Classification”→“Post Classification”→“Post Classification”→“Using Ground Truth Image”即可進(jìn)行混淆矩陣的操作，如圖5所示：

圖5　混淆矩陣報(bào)表

2.4影像制圖

首先加載并顯示分類后的影像，在主影像窗口單擊“File”→“QuickMap”→“New QuickMap...”，根據(jù)實(shí)際輸入相關(guān)參數(shù)(在畫矩形框時(shí)需將整個(gè)影像全部選中，否則出圖影像不是整幅影像)，這樣即可生成快速制圖模版。根據(jù)需要給制圖加上文本、網(wǎng)格、指北針、比例尺、專題圖名稱等，再利用ENVI 5.1軟件給影像添加圖例，調(diào)整專題圖的負(fù)載信息量與制圖大小相適應(yīng)，最后在主影像窗口單擊“File”→“Save Image As”→“Image File...”，將“OutPut File Type”改為JPEG格式，設(shè)置保存路徑和文件名，這樣即可輸出宣城市涇縣專題圖，如圖6所示。

3　結(jié)　論

文章以宣城市涇縣為例，以ENVI 5.1為軟件平臺，通過對影像進(jìn)行裁剪、監(jiān)督分類，利用不同的顏色體現(xiàn)地物，反映出涇縣的地形分布情況。同時(shí)也了解到影像的分類是遙感專題制圖中信息提取及處理的關(guān)鍵技術(shù)之一，快速、高精度的遙感影像分類方法是實(shí)現(xiàn)遙感在各個(gè)方面應(yīng)用的前提。隨著遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，相信未來遙感專題制圖的方法會更加快速簡便。

圖6　涇縣地形分布分類圖

遙感專題圖是遙感圖像的延伸與發(fā)展，它既體現(xiàn)了遙感圖像的形象直觀、信息量大的特點(diǎn)，又具有傳統(tǒng)專業(yè)圖件清晰易讀懂的優(yōu)點(diǎn)。利用遙感影像進(jìn)行大比例尺遙感專題制圖，充分發(fā)揮了現(xiàn)勢性強(qiáng)、成圖周期短和豐富的信息等優(yōu)點(diǎn)，可以作為當(dāng)前地圖更新、城市規(guī)劃的首選信息數(shù)據(jù)源，其在遙感各個(gè)方面的應(yīng)用前景都十分廣泛[5-8]。

[1]曾廣偉.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的耕地遙感圖像分類研究與應(yīng)用[D].吉林：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

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[責(zé)任編輯：關(guān)金玉英文編輯：劉彥哲]

Production of Remote Sensing Thematic Map of Jing County in Xuancheng City

BAI Hong-wei,XIE Yuan-yuan

(College of Environment and Surveying and Mapping Engineering,Suzhou University,Suzhou,Anhui 234000,China)

ObjectiveWith the development of remote sensing methods for computer aided mapping,when compared with the conventional preparation methods of remote sensing image graph the combination of digital mapping and remote sensing image processing technology has simplified the image map compilation and innovation process,improved the image drawing conditions,and changed the traditional from large scale to the small scale map logic program step by step.MethodsAccording to the general process of the remote sensing thematic mapping,this paper elaborates on the development of remote sensing technology,mainly including data acquisition,image preprocessing,image classification and image mapping.By taking urban Jing County as an example,using ENVI 5.1 software,distribution and classification map of topography of Jingxian Cunty was produced.The raw data was from images of remote sensing in October 2013,and image average cloud cover was 0.2.ResultsBased on the image cropping and supervised classification,accuracy evaluation and sign note were conducted on the classification results,obtaining thematic maps of Jing County with a strong contrast and clear features.ConclusionThe use of remote sensing images for the large scale remote sensing thematic mapping gives full play to the advantages of the strong current situation,short mapping cycle and abundant information.It can be used as the preferred information source for updating current map and city planning,and its application prospects in all aspects of remote sensing are also very broad.

remote sensing image map;ENVI;supervised classification;note

安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510379046、201510379084)；宿州學(xué)院卓越人才教育培養(yǎng)計(jì)劃(szxy2015zjjh01)；2015年宿州區(qū)域發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心學(xué)生開放課題(2015SZXTXSKF11)

白洪偉(1987-)，男，安徽宿州人，助教，碩士，主要研究方向：測繪與3S技術(shù)。

P 283.8

A

10.3969/j.issn.1673-1492.2016.09.006