一种基于遥感影像的地理空间数据动态更新的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于遥感影像的地理空间数据动态更新的方法及系统，其方法包括：影像预处理；识别出变化信息；进行滤波消除噪声；对变化区域的边界进行提取；生成影像变化地物的矢量边界图；对地物的边界进行规整；基于四叉树空间索引原理对更新数据进行分割快速定位变化区域；基于神经决策树的方法识别出要素的变化类型；将变化的类型提取出来；将变化的信息在原有数据库中进行更新入库。通过实施本发明专利技术，得到一种简单、快速而准确的变化检测方法，使用四叉树的格网划分方式，提高了检索的速度和精度，结合IGAC的边界提取方法使变化区域的边界更加准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地理信息
，具体涉及一种基于遥感影像的地理空间数据动态更新的方法及系统。
技术介绍
随着城市化进程的快速推进，城市地表形态的变化速度越来越快，地表景观的开发、利用及引起的土地覆盖变化已经成为全球环境变化中的重要组成部分。地表的变化情况与城市的发展息息相关，需要及时将变化信息应用于部门决策中。为满足相关部门对数据的要求，必须对空间数据进行及时动态更新，保证数据的现势性、准确性和适用性。而空间数据更新是维护空间数据库现势性的主要手段，因此进行空间数据更新具有极其重大的意义。“更新数据”的来源多种多样，主要有地形图修补测量、竣工测量或市政测量产生的矢量空间数据以及遥感影像数据等，其中遥感影像使用频率更高。遥感图像成像周期越来越短，图像质量越来越高，大大扩展了遥感的应用范围。遥感技术作为目前为止能够提供大面积范围动态观测的唯一手段，具有空间上的连续性和时间上的序列性，可以提供地物的多时相数据。利用遥感数据的优点进行数据更新可以节约成本，节省人力，使数据更新更加便捷、快速。进行数据更新的前提是寻找变化信息，即进行变化检测。目前的变化检测方法有多种类型多种检测方式，在一定程度上取得了极大的发展，但仍然存在许多难点，例如数据处理不能满足实际应用标准、算法的检测能力受空间、光谱、时域和专业内容限制而影响到检测精度。尽管如此，目前在变化检测的所有方法中，图像差值和线性变换一般比其他检测方法更为<br>准确。现有技术中提出图像差值法进行变化检测，其基本思想是将两时相的遥感影像各个波段上的像元进行差值运算，从而生成一幅新的差值图像，这一差值图像代表了两时相间像元的光谱变化情况。以及现有的光谱变化向量分析的方法，其原理是基于不同时相影像间的辐射变化，着重分析各个波段间的差异，从而确定变化强度和方向特征。对于不同时期的遥感影像，进行图像的光谱测量，每个像元可以生成一个具有变化方向和变化强度两个特征的变化向量，变化强度通过两个数据点之间的欧氏距离求得。该方法在提取变化像元时通过设定阈值来进行，可以充分利用影像的波段信息，虽然可以利用大部分乃至全部的光谱信息，在一定程度上提高了检测精度，但用于判断像元是否变化所需的阈值难以确定。在数据更新上，基于事件的时空数据库增量更新方法假设地理时间信息能与变化信息同时被收集，通过地理空间变化事件来确定单一实体变化类型，进而通过单一实体变化类型与动态操作算子之间的关系来确定更新操作以实现时空数据库更新的自动化(或半自动化)。这一方法虽然将自动化的思想引入数据更新，但在实际操作中，由于地理空间变化时间极其复杂，存在许多复合地理事件，因此难以确定复合事件涉及对象的变化类型。基于时空变化类型和数据差的数据库的增量信息表达与建模方法，从理论上阐述了增量信息模型，但该概念模型主要针对地形数据库，其推广后的适用性较差。此外，基于CHT-EUR模型的数据更新方法致力于如何实现多比例尺空间数据的更新，在一定程度上实现了多比例尺数据的联动更新，但这一方法在进行联动更新时未能自动更新小比例尺数据，存在空间叠加分析速度变慢、未考虑要素间的拓扑关系等问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有变化检测方法不能快速而简单，提供了一种基于遥感影像的地理空间数据动态更新的方法及系统，基于多种方法综合起来使用以提高变化检测的精度，提出将影像代数法与变化矢量分析法相结合的思想，综合了影像代数法和变化矢量分析法的优点，得到一种简单、快速而准确的变化检测方法。本专利技术提供了一种基于遥感影像的地理空间数据动态更新的方法，包括如下步骤：对即将更新入库的遥感影像数据进行影像预处理；采用影像代数法和变化矢量分析法相结合的方式识别出变化信息；采用中值滤波的方法对识别出的变化信息进行滤波消除噪声；根据滤波处理后的差值图像确定地物变化的分布区域，分别对变化区域的历史影像和现势影像进行图像分类；采用改进的测地线主动轮廓模IGAC模型对变化地物的边界进行提取；采用面状栅格数据的矢量化方法对以IGAC模型提取处理的边界进行处理，生成影像变化区域的矢量边界图；对地物的边界进行规整，使近似弧状的多线段地物边界拟合成圆弧状；基于四叉树空间索引原理对更新数据进行分割定位变化区域；基于神经决策树的方法识别出要素的变化类型；将变化的类型提取出来；将变化的信息在原有数据库中进行更新入库。所述对即将更新入库的遥感影像数据进行影像预处理包括：用选定的图像、图形或物体，对待处理的图像进行遮挡，控制图像处理的区域或处理过程；以历史影像作为参考，对现势影像进行重投影，使现势影像的空间参考与历史影像的一致，检查现势影像和历史影像的空间分辨率是否一致，如若不同则以历史影像为基准对现势影像进行重采样，统一现势影像和历史影像的像元大小；使同一地区不同来源的影像上同名地物能具有相同的坐标进行影像空间配准；基于直方图匹配的方法进行色彩校正。所述使同一地区不同来源的影像上同名地物能具有相同的坐标进行影像空间配准包括：将两个时相的影像进行叠加分析，找出影像的公共区域；将待纠正区域进行均匀网格划分，两幅影像的相似区域赋予一个相同的编号，一一对应；在划分好网格的基础上，以每一块网格区域为单元进行控制点对搜索；使用系统自动生成的控制点对实现空间配准。所述采用改进的测地线主动轮廓模IGAC模型对变化地物的边界进行提取包括：进行形态学滤波获得地物的初始位置U0，进而得到初始曲线的曲率k；根据提取的变化区域生成深度梯度图像T，并计算各点的Fg作为常数c；计算变化区域的梯度影像Ixy；根据梯度影像计算边缘停止函数g及边缘停止函数的梯度▽g；初始化模型参数，利用IGAC模型进行迭代直至稳定，得到变化区域边界。所述采用面状栅格数据的矢量化方法对以IGAC模型提取处理的边界进行处理，生成影像变化区域的矢量边界图包括：采用高通滤波将栅格图像二值化或者以特殊值标识边界点；对每个边界弧段由一个节点向另一个节点搜索；形成完整的拓扑结构并建立与属性数据的联系；去除多余点及曲线润滑。所述基于四叉树空间索引原理对更新数据进行分割定位变化区域包括：对图层进行四叉树剖分，计算区域内的“节点-弧段”特征，并进行层次检索，以快速定位到变化区域，再对区域内的要素进行遍历要素搜索匹配，确定变化类型。所述基于神经决策树的方法识别出要素的变化类型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于遥感影像的地理空间数据动态更新的方法，其特征在于，包括如下步骤：对即将更新入库的遥感影像数据进行影像预处理；采用影像代数法和变化矢量分析法相结合的方式识别出变化信息；采用中值滤波的方法对识别出的变化信息进行滤波消除噪声；根据滤波处理后的差值图像确定地物变化的分布区域，分别对变化区域的历史影像和现势影像进行图像分类；采用改进的测地线主动轮廓模IGAC模型对变化地物的边界进行提取；采用面状栅格数据的矢量化方法对以IGAC模型提取处理的边界进行处理，生成影像变化区域的矢量边界图；对地物的边界进行规整，使近似弧状的多线段地物边界拟合成圆弧状；基于四叉树空间索引原理对更新数据进行分割定位变化区域；基于神经决策树的方法识别出要素的变化类型；将变化的类型提取出来；将变化的信息在原有数据库中进行更新入库。

【技术特征摘要】
1.一种基于遥感影像的地理空间数据动态更新的方法，其特征在于，包
括如下步骤：
对即将更新入库的遥感影像数据进行影像预处理；
采用影像代数法和变化矢量分析法相结合的方式识别出变化信息；
采用中值滤波的方法对识别出的变化信息进行滤波消除噪声；
根据滤波处理后的差值图像确定地物变化的分布区域，分别对变化区域的
历史影像和现势影像进行图像分类；
采用改进的测地线主动轮廓模IGAC模型对变化地物的边界进行提取；
采用面状栅格数据的矢量化方法对以IGAC模型提取处理的边界进行处
理，生成影像变化区域的矢量边界图；
对地物的边界进行规整，使近似弧状的多线段地物边界拟合成圆弧状；
基于四叉树空间索引原理对更新数据进行分割定位变化区域；
基于神经决策树的方法识别出要素的变化类型；
将变化的类型提取出来；
将变化的信息在原有数据库中进行更新入库。
2.如权利要求1所述的基于遥感影像的地理空间数据动态更新的方法，其
特征在于，所述对即将更新入库的遥感影像数据进行影像预处理包括：
用选定的图像、图形或物体，对待处理的图像进行遮挡，控制图像处理的
区域或处理过程；
以历史影像作为参考，对现势影像进行重投影，使现势影像的空间参考与
历史影像的一致，检查现势影像和历史影像的空间分辨率是否一致，如若不同
则以历史影像为基准对现势影像进行重采样，统一现势影像和历史影像的像元
大小；
使同一地区不同来源的影像上同名地物能具有相同的坐标，进行影像空间
配准；
基于直方图匹配的方法进行色彩校正。
3.如权利要求2所述的基于遥感影像的地理空间数据动态更新的方法，其
特征在于，所述使同一地区不同来源的影像上同名地物能具有相同的坐标，进
行影像空间配准包括：
将两个时相的影像进行叠加分析，找出影像的公共区域；
将待纠正区域进行均匀网格划分，两幅影像的相似区域赋予一个相同的编
号，一一对应；
在划分好网格的基础上，以每一块网格区域为单元进行控制点对搜索；
使用系统自动生成的控制点对实现空间配准。
4.如权利要求1所述的基于遥感影像的地理空间数据动态更新的方法，其
特征在于，所述采用改进的测地线主动轮廓模IGAC模型对变化地物的边界进
行提取包括：
进行形态学滤波获得地物的初始位置U0，进而得到初始曲线的曲率k；
根据提取的变化区域生成深度梯度图像T，并计算各点的Fg作为常数
c；
计算变化区域的梯度影像Ixy；
根据梯度影像计算边缘停止函数g及边缘停止函数的梯度▽g；
初始化模型参数，利用IGAC模型进行迭代直至稳定，得到变化区域边
界。
5.如权利要求1所述的基于遥感影像的地理空间数据动态更新的方法，其
特征在于，所述采用面状栅格数据的矢量化方法对以IGAC模型提取处理的边
界进行处理，生成影像变化区域的矢量边界图包括：
采用高通滤波将栅格图像二值化或者以特殊值标识边界点；
对每个边界弧段由一个节点向另一个节点搜索；
形成完整的拓扑结构并建立与属性数据的联系；
去除...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新长，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44