一种基于对称理论的土地利用/覆被变化矢量图中假变化检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于对称理论的土地利用/覆被变化矢量图中假变化检测方法和系统，该方法适用于检测和剔除土地利用/覆被变化矢量图中因原始遥感影像偏移而产生的假变化图斑。包括：提出一种面积对称理论，认为从同一原始土地利用图斑叠加分析出来的变化图斑中，变化前属性与原始图斑属性一致和变化后属性与原始图斑属性一致的图斑面积基本相同；通过多边形邻接及相似关系在变化图中查找原始图斑的关联变化图斑，并剔除异常变化图斑；针对每个原始图斑，基于查找到的并剔除异常的关联变化图斑计算对称系数；根据计算所得的原始图斑的对称系数及给定的系数域值判断关联变化图斑是否为假变化图班；从变化图中剔除假变化图斑后，就可得到较为精确的土地利用/覆被变化矢量图。基于该方法的软件系统能够有效识别并剔除在土地利用/覆被变化矢量图中因原始遥感影像图偏移而引起的假变化图斑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于对称理论的土地利用/覆被变化矢量图中假变化检测方法
本专利技术为地理信息系统与图形学交叉的信息领域，特别涉及一种基于对称理论的土地利用/覆被变化矢量图中假变化检测方法。
技术介绍
近年来，随着全球变化研究工作的深入,土地利用/覆被变化(LUCC)研究逐渐成为全球环境变化和区域环境质量评价的核心组成部分。土地利用/覆被变化数据作为全球环境变化、区域环境质量评价的核心基础数据，其精度对后续的研究有影响巨大，已成为目前需要解决的重点和难点问题。土地利用/覆被变化可以通过两个或多个时期的土地利用/覆被图间的比较来获得，一般通过地理信息系统中的叠加操作来生成两或多个时期间的土地利用/覆被变化矢量图，并用变化图斑来表达对应的变化地块。而不同时期的土地利用/覆被图间的空间误差会对变化结果产生巨大影响，这种影响主要是指叠加操作后产生的假变化图斑。而来源于土地利用解译原始影像的空间配准误差（尤其是偏移误差）是产生这种假变化的主要原因。据研究，当空间匹配误差距离为原始影像分辨的1/5时，会对变化结果产生10%的误差。而对于解译于低分辨率遥感影像的历史土地利用数据来说，1/5的误差是经常存在的。目前，有两类方法用于评估土地利用/覆被变化矢量图的精度或误差。一种是利用不确定性模型，采用混淆矩阵、Kappa系数或基于这两种方法的改进方法来评估土地利用/覆被变化矢量图的精度。这类方法有两个缺点：一是该类方法只能对整个区域进行精度评估，无法对应到具体的土地利用图斑上；二是需要原始土地利用/覆被图及解译遥感影像的混淆矩阵信息，而对于很多土地利用/覆被图，尤其是历史土地利用/覆被图，该信息已无法或是很难获取。另一类方法是从判断变化图斑本身是否为假变化来评估土地利用/覆被变化矢量图的精度或误差，这一类方法通过变化图班本身的尺寸和形状来判断图斑是否为假变化，认为细长形、小面积图斑为假变化。这一类方法包括：周长/面积比、CPA（Correctedperimeter-areaindex）、S2、ε带、周长指数等。这一类方法的优点是不需要原始土地利用/覆被图及其解译影像的相关背景信息，完全根据变化图斑的几何特征来评估。但在实际的土地利用/覆被变化矢量图中，很多细长图斑并不是假变化，如：草地退化、森林退化、湿地退化等都是在其边缘发生的，并且都有狭长的特征。而小面积的图斑更不能做为假变化的依据，在精度较高的土地利用/覆被变化矢量图中，小面积的变化图斑经常存在。通过对因土地利用/覆被图的解译数据源——原始影像偏移误差而引起的假变化图斑及假变化图斑与原始土地利用/覆被图斑的空间分布关系的分析，我们发现如下特征：（1）针对单个原始土地利用图斑，其关联变化图斑可分为两类：一是原始土地利用类别与原始图斑的土地利用类别一致；二是变化后的土地利用类别与原始图斑的土地利用类别一致；（2）针对单个原始土地利用图斑，这两类变化图斑中的假变化图斑在数目和面积上有一定的对称性，该对称性特征在原始土地利用图斑的相关变化图斑只有假变化时尤为显著，如附图5中，左侧图为早期原始图斑及第二个时期的图斑，这两期数据在该图斑处未发生变化，但两期数据间的有位置偏移。右侧为两期数据叠加产生的变化图，从图中可以看出，原始图斑周边的变化图斑都为因偏移而引起的假变化，且两类假变化图斑在数目和面积上有明显的对称性。针对因原始影像偏移误差而引起的土地利用/覆被假变化图斑在空间分布上的特征，在分析现有假变化检测方法的局限性基础上，通过消除假变化图斑来提高土地利用/覆被变化矢量图的精度，为基于土地利用/覆被变化数据进行进一步的应用分析提供更可靠的基础数据源，是本专利技术提出的初衷。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对现有土地利用/覆被假变化图斑检测方法对因原始影像偏移误差而引起的土地利用/覆被假变化图斑存在缺陷的事实，提出了一种基于对称理论的土地利用/覆被变化矢量图中假变化图斑检测方法，通过原始土地利用/覆被图中地块图斑关联假变化图斑的对称关系来检测因原始影像偏移误差而引起的土地利用/覆被假变化图斑，并将该方法在地理信息平台上进行了实现，能高效检测出因原始影像偏移误差而引起的土地利用/覆被假变化图斑。本专利技术解决其技术问题所采用的方法包含如下步骤：1、若已有研究区域的两期土地利用/覆被矢量图，未生成土地利用/覆被变化矢量图，则首先利用地理信息系统中的常用工具——叠加分析操作，生成土地利用/覆被变化矢量图，在生成时，需保留变化图斑的原始土地利用类型及变化后的土地利用类型这两个属性。变化图中将只包含土地利用/覆被性质发生变化的图斑；2、打开两个时期中较早期的原始土地利用/覆被图及生成的土地利用/覆被变化矢量图，并针对原始土地利用/覆被图中的每一个土地利用/覆被图斑（本专利技术中称做原始图斑）做3-7步骤的检测操作；3、在土地利用/覆被变化矢量图中查找原始图斑的关联变化图斑，关联变化图斑包含两类：一是与原始图斑相邻，且其原始土地利用类别或是变化后的土地利用类别与原始图斑的土地利用类别一致；二是在原始图斑附近，且与原始图斑的形状相同，同时原始土地利用类别或变化后的土地利用类别与原始图斑的土地利用类别一致。这类变化图斑是由于偏移距离大于原始图斑在偏移方向上的宽度，这类图斑一般是成对出现，一个在原始位置，另一个与原始图斑间的距离为偏移距离。4、在查找到的关联变化图斑集合中中，剔除面积较大的异常变化图斑。异常变化图斑的剔除方法为肖维勒准则法，但只剔除大面积的异常变化图斑，小面积的异常变化图斑保留，剔除方法为递归执行以下具体步骤，直至变化图斑集合中无面积较大的异常变化图斑：（4.1）计算关联变化图斑集合中所有图斑面积的平均值，平均值的计算公式为：其中，μ为集合中图斑面积平均值，n为集合中图斑的个数，Ai为第i个图班的面积；（4.2）计算关联变化图斑集合中所有图斑面积的标准差，标准差的计算公式为：其中，σ为集合中图斑面积的标准差，n为集合中图斑的个数，Ai为第i个图班的面积，μ为集合中图斑面积平均值；（4.3）在关联变化图斑集合中剔除面积大于平均值与K倍标准差之和的图斑，比较公式为：A>μ+k*σ，其中A为检测图斑的面积，σ为集合中图斑面积的标准差，μ为集合中图斑面积平均值，K为肖维勒准则系数，可根据集合中图斑个数通过查表获得。5、将剔除异常变化图斑后的关联变化图斑根据其原始土地利用类别及变化后的土地利用类别分为两类：一类是原始土地利用类别与原始图斑的土地利用类别相同；另一类是变化后的土地利用类别与原始图斑的土地利用类别相同。统计这两类图斑的面积，分别为：Afrom和Ato。分类及面积统计方法为：将变化图斑属性表中的原始土地利用类别及变化后的土地利用类别（这两个类别一般为土地利用编码，并在叠加操作后作为属性字段保留）与原始图斑的土地利用类别进行比较，若原始土地利用类别与原始图斑的土地利用类别相同，则该面积归于Afrom，否则该面积归于Ato。6、根据Afrom和Ato的面积值计算其对称系数SI（SymmetricalIndex），对称系数的计算方法为：7、比较其对称系数与给定的对称系数域值，若小于或等于给定的域值，则标记该原始图斑的关联变化图斑（除异常变化图斑外）为假变化图斑。否则，标记该原始图斑的关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于对称理论的土地利用/覆被变化矢量图中假变化检测方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤： 准备步骤：准备原始土地利用/覆被矢量图及土地利用/覆被变化矢量图； A、针对原始土地利用/覆被矢量图中的每一原始图斑，在土地利用/覆被变化矢量图的变化图斑中查找其关联变化图斑，所述关联变化图斑包含：与所述原始图斑相邻，且其原始土地利用类别或是变化后的土地利用类别与所述原始图斑的土地利用类别一致的变化图斑；以及位于所述原始图斑附近，且与原始图斑的形状完全相同的变化图斑，同时其原始土地利用类别或变化后的土地利用类别与原始图斑的土地利用类别一致； B、针对每一原始图斑，在其关联变化图斑集合中，剔除异常变化图斑； C、针对每一原始图斑，将剔除异常变化图斑后的关联变化图斑根据其原始土地利用类别及变化后的土地利用类别分为两类：第一类关联变化图斑是原始土地利用类别与原始图斑的土地利用类别相同；第二类关联变化图斑是变化后的土地利用类别与原始图斑的土地利用类别相同，并统计这两类关联变化图斑的面积，其中，第一类关联变化图斑的面积为Afrom，第二类关联变化图斑的面积为Ato； D、针对每一原始图斑，根据其Afrom和Ato的面积值计算其对称系数； E、针对每一原始图斑，比较其对称系数与给定的对称系数域值，若其对称系数小于等于所述给定的对称系数域值，则标记该原始图斑的除异常变化图斑外的关联变化图斑为假变化图斑；否则，标记该原始图斑的除异常变化图斑外的关联变化图斑为真变化图斑； F、在完成所有的变化图斑标记后，在土地利用/覆被变化矢量图中，删除所有标记为假变化图斑的关联变化图斑。...

【技术特征摘要】
1.一种基于对称理论的土地利用/覆被变化矢量图中假变化检测方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：准备步骤：准备原始土地利用/覆被矢量图及土地利用/覆被变化矢量图；A、针对原始土地利用/覆被矢量图中的每一原始图斑，在土地利用/覆被变化矢量图的变化图斑中查找其关联变化图斑，所述关联变化图斑包含：与所述原始图斑相邻，且其原始土地利用类别或是变化后的土地利用类别与所述原始图斑的土地利用类别一致的变化图斑；以及位于所述原始图斑附近，且与原始图斑的形状完全相同的变化图斑，同时其原始土地利用类别或变化后的土地利用类别与原始图斑的土地利用类别一致；B、针对每一原始图斑，在其关联变化图斑集合中，剔除异常变化图斑；C、针对每一原始图斑，将剔除异常变化图斑后的关联变化图斑根据其原始土地利用类别及变化后的土地利用类别分为两类：第一类关联变化图斑是原始土地利用类别与原始图斑的土地利用类别相同；第二类关联变化图斑是变化后的土地利用类别与原始图斑的土地利用类别相同，并统计这两类关联变化图斑的面积，其中，第一类关联变化图斑的面积为Afrom，第二类关联变化图斑的面积为Ato；D、针对每一原始图斑，根据其Afrom和Ato的面积值计算其对称系数；E、针对每一原始图斑，比较其对称系数与给定的对称系数阈值，若其对称系数小于等于所述给定的对称系数阈值，则标记该原始图斑的除异常变化图斑外的关联变化图斑为假变化图斑；否则，标记该原始图斑的除异常变化图斑外的关联变化图斑为真变化图斑；F、在完成所有的变化图斑标记后，在土地利用/覆被变化矢量图中，删除所有标记为假变化图斑的关联变化图斑。2.如权利要求1所述的一种基于对称理论的土地利用/覆被变化矢量图中假变化检测方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高锡章，袁烨城，李宝林，许丽丽，周成虎，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11