一种城镇扩展遥感监测及城镇质量评价方法技术

本发明专利技术涉及一种城镇扩展遥感监测及城镇质量评价方法，具体步骤包括：（1）基于6S辐射传输模型的遥感影像大气校正；（2）基于Polynomial模型的遥感影像几何校正；（3）基于直方图匹配法的遥感影像无缝镶嵌；（4）基于波段运算的遥感影像减量处理；（5）基于综合PII及人工辅助的城镇时空信息提取；（6）基于Improved TOPSIS的城镇质量参考因子建立。本发明专利技术的优点在于：1）提出了一种完整、有效、科学的城镇扩展遥感监测及城镇质量评价方法；2）适用于各种区域城镇信息的提取、监测与质量评价3）为新型城镇化建设与规划提供数据支持和科学依据；4）丰富和完善了城镇信息管理与决策支持的相关理论与方法。

【技术实现步骤摘要】
一种城镇扩展遥感监测及城镇质量评价方法
本专利技术是一种城镇扩展遥感监测及城镇质量评价方法，属于城市发展

技术介绍
联合国秘书处经济与社会事业部(TheDepartmentofEconomicandSocialAffairsoftheUnitedNationsSecretariat)发布的《世界城市化展望》报告指出，2018年城市人口占世界人口的55％，而1950年城市人口仅占世界人口的30％，到2050年，预计将有68％的人口居住在城市地区，即：在全球范围内，居住在城市中的人口超过总人口的一半，人类由此进入“城市时代”。伴随着人口增加，城市自然扩展，至2030年，全世界预计将有43个特大城市，拥有超过1000万人口，其中大部分位于发展中国家和地区。放眼中国，至2016年，我国城镇常住人口比重为57.35％，常住人口城镇化率与发达国家80％的平均水平相比，仍有很大差距。我国在加快城镇化发展的同时，存在着诸多问题，例如小城镇数量多、较分散；城市化发展明显落后于工业化，区域发展不均衡；城市化发展的包袱重、压力大等。因此，开展城镇扩展监测及城镇质量评价等研究具有重要的社会及科学意义。研究城镇提取是实现城镇监测与管理的数据基础，是加快我国城镇发展的一条重要途径。城镇信息获取的传统方法多以统计年鉴，当地城市地图为主，通常只局限于特定时间段，特定空间范围内的城镇信息，难以做到时空连续性，加之各地标准不统一，因而很难获取到高质量的城镇信息，难以满足时代发展的要求。遥感信息技术在过去的二十年里得到迅速发展，利用卫星对地观测技术来动态监测城镇发展已成为一个重要的研究和应用领域，从而使得获取大范围内准确、实时数据的要求得以满足。“RS”和“GIS”相结合的技术是城镇扩展监测的重要手段，“RS”技术提供高时间分辨率、高空间分辨率、高光谱分辨的数据，“GIS”技术提供可靠的综合信息处理与分析方法。目前，城镇信息提取的方法有传统监督分类法、基于IBI等指数法、决策树法、混合光谱分析法、人工神经网络法、压缩数据维法、纹理分析技术和面向对象分类法等，在城镇提取的过程中，由于受复杂环境，影像质量等因素的影响，再加上城镇本身建筑多样性，存在“同物异谱，异物同谱”现象，提取的城镇信息存在错分、漏分现象，同时精度也会有所影响。改革开放以来，中国经济得到迅速发展，城镇发展虽然从数量、规模和速度上有了大幅提高，但是同时也存在一些问题，如小城镇数量多、较分散，区域发展极其不平衡等。为适应发展新型城镇化、构建全方位开放新格局等政策的需要，加强城镇在扩展过程中的管理与监测，本专利技术基于PII指数及人工辅助的方法，准确提取不同时期城镇信息，科学、有效地实现对城镇扩展的监测与管理；基于ImprovedTOPSIS的相关算法，针对现存的城镇发展问题，提出构建城镇质量参考因子，评价各个城镇质量，为全面提高城镇化质量提供科学依据，为政府相关部门提供决策参考。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种药用定量气雾剂自动喷射装置，其目的是在“3S”技术支持下，利用遥感影像，以计算机为工具，开展提取城镇信息、监测城镇扩展及评价城镇质量的研究，相较于传统测绘的做法，更加省时，省力，并能够实现城镇空间分布信息的精准提取、数据管理及城镇扩展的全面监测，城镇质量参考因子更为政府相关部门提供决策依据。本专利技术的技术解决方案：一种城镇扩展遥感监测及城镇质量评价方法，包括以下步骤：(1)基于6S辐射传输模型的遥感影像大气校正101；(2)基于Polynomial模型的遥感影像几何校正102；(3)基于直方图匹配法的遥感影像无缝镶嵌103；(4)基于波段运算的遥感影像减量处理104；(5)基于综合PII及人工辅助的城镇时空信息提取105；(6)基于ImprovedTOPSIS的城镇质量参考因子建立106。本专利技术的有益效果：1)提出一种完整、有效、科学的城镇扩展遥感监测及城镇质量评价方法，进一步丰富和完善了城镇信息管理与决策支持的相关理论与方法。通过遥感影像的解译与判读，实现了城镇扩展中全方位的监测与管理。为响应推进新型城镇化政策提供数据支持，也为城镇扩展与规划提供科学依据。2)在充分把握遥感影像特点的基础上，所提出的相关提取技术、方法和理论可适用于各区域城镇信息提取、城镇扩展监测及城镇质量评价，从而保证了本专利技术的科学性、有效性及适应性。附图说明附图1是城镇扩展遥感监测及城镇质量评价方法的设计流程图。附图2是城镇质量参考因子建立方法示意图。具体实施方式一种城镇扩展遥感监测及城镇质量评价方法，包括以下步骤：(1)基于6S辐射传输模型的遥感影像大气校正101；(2)基于Polynomial模型的遥感影像几何校正102；(3)基于直方图匹配法的遥感影像无缝镶嵌103；(4)基于波段运算的遥感影像减量处理104；(5)基于综合PII及人工辅助的城镇时空信息提取105；(6)基于ImprovedTOPSIS的城镇质量参考因子建立106。所述的基于6S辐射传输模型的遥感影像大气校正101：根据遥感影像自身数据特征进行辐射定标，将DN值转换为辐射亮度值，不同的传感器(如QuickBird、WordView-1等)辐射定标方式不同，本专利技术以LandsatTM数据为例进行辐射定标，表示为：Li＝Gaini·DNi+Biasi式中，Li为第i波段的辐射亮度，单位为W·m-2·sr-1·μm-1；DNi为第i波段的灰度值；Gaini和Biasi为第i波段的定标系数(增益和偏移值)，其值可从定标系数文件中读出。其次，基于6S(SECONDSIMULATIONOFTHESATELLITESIGNALINTHESOLARSPECTRUM)辐射传输模型，完成遥感数据的大气校正，可表示为：ρ＝(xa·L-xb)/(1+xc·y)式中，xa、xb、xc分别为6S模型计算出的校正系数；ρ为经过大气校正的地表反射率；L为经过辐射定标的辐射亮度，单位为W·m-2·sr-1·μm-1。同时，在6S模型中设置参数，几何参数包括太阳和卫星的天顶角和方位角以及观测时间，或者是卫星的接收时间、像素点数、升交点时间，由程序计算太阳和卫星的天顶角和方位角；大气模式包括给出的几种可供选择的大气模式，也可自定义大气模式；气溶胶模型包括三种选择，用户根据需要设定。除了上述三类参数，还有地面高度、探测器光谱条件、地表特性等参数需要设置，最终完成遥感影像的大气校正。所述的基于Polynomial模型的遥感影像几何校正102：Polynomial模型回避成像的空间几何过程，直接对图像变形的本身进行数学模拟，把遥感图像的总体变形看作是平移、旋转、缩放、弯曲等基本变形的综合结果。在确定多项式模型的阶数基础上，利用有限个地面控制点的已知坐标，解求多项式的系数，将各像元的坐标代入多项式进行计算，求得校正后的坐标，采用最邻近像元法重采样输出。利用基于Polynomial模型完成遥感影像和目标影像的几何校正，表示为：式中，(x，y)为某像素原始图像坐标，(X，Y)为同名点的地面或地图坐标。a0,…,a5、b0,…,b5为多项式系数，多项式系数个数N与多项式阶数n的关系为N＝(n+1)(n+2)/2。Polynomial模型系数的解算利用最小二乘法实现。遥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.城镇扩展遥感监测及城镇质量评价方法，其特征在于包括如下步骤：（1）基于6S辐射传输模型的遥感影像大气校正；（2）基于Polynomial模型的遥感影像几何校正；（3）基于直方图匹配法的遥感影像无缝镶嵌；（4）基于波段运算的遥感影像减量处理；（5）基于综合PII及人工辅助的城镇时空信息提取；（6）基于Improved TOPSIS的城镇质量参考因子建立。

【技术特征摘要】
1.城镇扩展遥感监测及城镇质量评价方法，其特征在于包括如下步骤：（1）基于6S辐射传输模型的遥感影像大气校正；（2）基于Polynomial模型的遥感影像几何校正；（3）基于直方图匹配法的遥感影像无缝镶嵌；（4）基于波段运算的遥感影像减量处理；（5）基于综合PII及人工辅助的城镇时空信息提取；（6）基于ImprovedTOPSIS的城镇质量参考因子建立。2.根据权利要求1所述城镇扩展遥感监测及城镇质量评价方法，其特征在于：所述步骤（1）基于6S辐射传输模型的遥感影像大气校正：根据遥感影像自身数据特征进行辐射定标，将DN值转换为辐射亮度值，不同的传感器辐射定标方式不同，以LandsatTM数据进行辐射定标，表示为：式中，Li为第i波段的辐射亮度，单位为W·m-2·sr-1·μm-1；DNi为第i波段的灰度值；Gaini和Biasi为第i波段的定标系数，其值可从定标系数文件中读出；其次，基于6S辐射传输模型，完成遥感数据的大气校正，可表示为：式中，xa、xb、xc分别为6S模型计算出的校正系数；ρ为经过大气校正的地表反射率；L为经过辐射定标的辐射亮度，单位为W·m-2·sr-1·μm-1；同时，在6S模型中设置参数，几何参数包括太阳和卫星的天顶角和方位角以及观测时间，或卫星的接收时间、像素点数、升交点时间，由程序计算太阳和卫星的天顶角和方位角；大气模式包括给出的可供选择的大气模式，也可自定义大气模式；气溶胶模型包括三种选择，用户根据需要设定；还需设置地面高度、探测器光谱条件、地表特性参数，最终完成遥感影像的大气校正。3.根据权利要求1所述城镇扩展遥感监测及城镇质量评价方法，其特征在于：所述步骤（2）基于Polynomial模型的遥感影像几何校正：Polynomial模型回避成像的空间几何过程，直接对图像变形的本身进行数学模拟，把遥感图像的总体变形看作是平移、旋转、缩放、弯曲等基本变形的综合结果；在确定多项式模型的阶数基础上，利用有限个地面控制点的已知坐标，解求多项式的系数，将各像元的坐标代入多项式进行计算，求得校正后的坐标，采用最邻近像元法重采样输出；利用基于Polynomial模型完成遥感影像和目标影像的几何校正，表示为：式中，（x，y）为某像素原始图像坐标，（X，Y）为同名点的地面或地图坐标；a0,…,a5、b0,…,b5为多项式系数，多项式系数个数N与多项式阶数n的关系为N=(n+1)(n+2)/2；Polynomial模型系数的解算利用最小二乘法实现；遥感影像几何校正完成后，还需计算控制点和检查点残差，得到检查点中误差均值，用于对几何校正的精度评定。4.根据权利要求1所述城镇扩展遥感监测及城镇质量评价方法，其特征在于：所述步骤（3）基于直方图匹配法的遥感影像无缝镶嵌103：因遥感传感器自身以及外部复杂环境等因素的影响，使遥感影...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱恒超，杨强，何立恒，郑加柱，陈动，陈红华，何龙江，周权平，姜月华，张洁，
申请(专利权)人：南京林业大学，中国地质调查局南京地质调查中心，
类型：发明
国别省市：江苏,32