一种监管公路临时占地利用与恢复的卫星遥感方法技术

本发明专利技术公开了一种监管公路临时占地利用与恢复的卫星遥感方法，该方法通过对施工前、施工期和施工后三个阶段的三幅多光谱卫星遥感影像通过依次进行的图像校正和剪裁、亮度一致调整、变化像素判断、植被指数计算多个步骤以获得植被的恢复率，进而能够快速判断出公路临时占地利用与恢复，且判断结果准确，为临时施工监管单位的监管工作提供便利，有效降低监管管理成本，提高监管工作的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种监管公路临时占地利用与恢复的卫星遥感方法
本专利技术涉及公路建设环境保护监管
，特别涉及一种监管公路临时占地利用与恢复的卫星遥感方法。
技术介绍
公路临时占地包括取土场、弃土场、施工营地、拌合站、预制场等，按照环保法律法规的要求，公路建设完工后临时占地需要进行恢复，尤其是恢复地表的植被。由于公路临时占地的确切选址和具体利用方式在工程设计阶段很难敲定，往往是在施工阶段确定，因此建设前的环评报告只能在原则上要求临时占地的利用方式要环保且利用后要进行恢复，很难通过“建前环评——建后验收”的传统模式保证公路临时占地的恢复效果。尤其是在我国西部偏远地区甚至是无人区，生态环境十分脆弱，但人工监管成本又极高。卫星遥感技术“站的高、看的远”，具有大范围对地观测的能力，有利于降低监管成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于卫星遥感影像实现对监管公路临时占地利用与恢复状况进行监测的方法。为此，本专利技术技术方案如下：一种监管公路临时占地利用与恢复的卫星遥感方法，步骤如下：S1、分别采集监管公路在施工前、施工期和竣工后的三幅多光谱卫星遥感影像，并通过几何校正和统一裁剪使三幅多光谱卫星遥感影像中同一地物在不同多光谱卫星遥感影像中的位置完全相同；S2、在经过步骤S1处理后的三幅多光谱卫星遥感影像中任选一副作为参考影像，其余两幅作为调整影像，利用线性回归分析方法将两副调整影像的亮度调整为与参考影像一致，使三幅多光谱卫星遥感影像上未发生变化的同一地物的亮度一致；S3、对经过步骤S2处理后的施工前的多光谱卫星遥感影像与施工期的多光谱卫星遥感影像之间的像素变化检测采用变化强度单峰直方图自动阈值分割的方法，并利用T-point法获得区分变化强度单峰直方图中的变化像素与未变化像素的最优阈值；然后剔除通过最优阈值判定的变化像素，对其余的像素重复步骤S2～S3直至在每个类型波段下两幅影像间线性回归方程的斜率差值△kn小于预设的终止计算阈值；将最后一次计算得到的在每个波段下调整影像与参考影像间线性回归方程的斜率kn和截距bn作为标准亮度值修正参数，重新对调整影像每个像素在每个波段的亮度值进行调整，并将其与参考影像之间的变化像素采用变化强度单峰直方图自动阈值分割方法和T-point法进行区分，识别变化像素；S4、将经过步骤S3识别到的变化像素根据是否为相邻像素进行地块划分，并计算每一个地块在施工前、施工期和施工后的植被指数，通过不同时期的植被指数计算得到施工结束后该地块的植被的恢复率，进而对该地块的恢复情况是否符合要求进行判断。进一步地，在步骤S1中，三幅多光谱卫星遥感影像为在相同季节拍摄得到。进一步地，在步骤S2中，将两幅调整影像的亮度调整为与参考影像一致的具体步骤如下：S201、提取参考影像中每个像素所包含的n个波段的亮度，使每个像素对应得到一个至少包含蓝光波段亮度b1x、绿光波段亮度b2x、红光波段亮度b3x和近红外波段亮度b4x的亮度值集合X＝{b1x,b2x,b3x,b4x,…,bnx}；S202、提取每幅调整影像中每个像素所包含的n个波段的亮度，且调整影像每个像素提取的波段类型与步骤S201中对参考影像每个像素提取的波段类型一致，使调整影像每个像素同样对应得到一个至少包含蓝光波段亮度b1y、绿光波段亮度b2y、红光波段亮度b3y和近红外波段亮度b4y的亮度值集合Y＝{b1y,b2y,b3y,b4y,…,bny}；S203、以调整影像的第n个波段的亮度为x轴、参考影像的第n个波段的亮度为y轴建立平面直角坐标系，并将调整影像和参考影像上位于相同位置上的像素的第n个波段的亮度值分别作为x坐标和y坐标在直角坐标系中绘制若干个坐标点；通过对若干个坐标点进行线性回归分析，得到一元线性回归公式：bny＝kn×bnx+bn，求得在第n个波段下调整影像与参考影像间线性回归方程的斜率kn和截距bn，进而将调整影像每个像素的在第n个波段的亮度值bnx代入一元线性回归公式中，求得调整影像每个像素在该光波波段亮度的修正值bny；在该步骤中，n的取值依次为1,2,3,4,…，实现对调整影像的每个像素在每一个波段的亮度值进行修正，进而将调整影像的亮度修改为与参考影像的亮度一致。进一步地，步骤S3的具体方法为：S301、将经过步骤S2处理后的施工前的多光谱卫星遥感影像与施工期的多光谱卫星遥感影像的每两个位于相同位置上的像素在不同类型波段的亮度值代入至公式：变化强度图＝Sqrt((bnx-b1y)2+(b2x-b2y)2+(b3x-b3y)2+(b4x-b4y)2+…+(bnx-bny)2)中，得到能够表现像素变化强度的数值图像；S302、将经过步骤S301得到的数值图像变换为x轴表示变化强度、y轴表示像素个数的单峰直方图，进而通过将单峰直方图的波峰陡降部分和拖尾部分分别进行线性拟合，得到两条线性拟合的回归线残差和最小处对应的变化强度值，即用于判定变化像素的最优阈值；S303、利用步骤S302得到的最优阈值剔除步骤S301中得到的数值图像中的变化像素，并对其余判定为未变化的像素重复上述步骤S203，计算得到的新的kn值；S304、依次重复上述步骤S203、S301、S302和S303，直至在在每个类型波段下计算得到的新的kn值与前一次计算得到的kn值之间的差值小于预设的计算终止阈值；S305、将最后一次计算得到的在每个波段下调整影像与参考影像间线性回归方程的斜率kn和截距bn作为标准亮度值修正参数，将调整影像每个像素在第n个波段的亮度值bnx代入一元线性回归公式：bny＝kn×bnx+bn中，求得调整影像每个像素在第n个波段下的标准亮度修正值bny，得到亮度修正影像；S306、将经过步骤S305得到的亮度修正影像与参考影像重复上述步骤S301和S302，得到的准确的变化像素。进一步地，步骤S4中恢复率的具体计算方法为：S401、对每一个地块在施工前、施工期和施工后的多光谱卫星遥感影像中的植被指数进行计算，其中每个像素的植被指数计算公式为：NDVI＝(b4-b3)/(b4+b3)；对应地块的植被指数为NDVI的平均值；S402、剔除步骤S401的计算结果中NDVI施工前＜NDVI施工期的地块；S403、通过恢复率计算公式：恢复率％＝(NDVI竣工后-NDVI施工期)/(NDVI施工前-NDVI施工期)计算每个地块的恢复率，并根据恢复率的计算结果判断植被是否恢复到位。进一步地，在步骤S401之前还包括步骤S400，根据实际临时施工地况，人为设定噪音地块像素个数阈值N，将包含像素的个数≤N的地块剔除。与现有技术相比，该监管公路临时占地利用与恢复的卫星遥感方法通过对施工前、施工期和施工后三个阶段的三幅多光谱卫星遥感影像通过依次进行的图像校正和剪裁、亮度一致调整、变化像素判断、植被指数计算多个步骤以获得植被的恢复率，进而能够快速判断出公路临时占地利用与恢复，且判断结果准确，为临时施工监管单位的监管工作提供便利，有效降低监管管理成本，提高监管工作的效率。附图说明图1为本专利技术的监管公路临时占地利用与恢复的卫星遥感方法流程示意图；图2为本专利技术的相对辐射纠正方法中的回归线受变化像素影响的示意图；图3为本专利技术的T-point变化检测方法的原理示意图；图4为本专利技术的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种监管公路临时占地利用与恢复的卫星遥感方法，其特征在于，步骤如下：S1、分别采集监管公路在施工前、施工期和竣工后的三幅多光谱卫星遥感影像，并通过几何校正和统一裁剪使三幅多光谱卫星遥感影像中同一地物在不同多光谱卫星遥感影像中的位置完全相同；S2、在经过步骤S1处理后的三幅多光谱卫星遥感影像中任选一副作为参考影像，其余两幅作为调整影像，利用线性回归分析方法将两副调整影像的亮度调整为与参考影像一致，使三幅多光谱卫星遥感影像上未发生变化的同一地物的亮度一致；S3、对经过步骤S2处理后的施工前的多光谱卫星遥感影像与施工期的多光谱卫星遥感影像之间的像素变化检测采用变化强度单峰直方图自动阈值分割的方法，并利用T‑point法获得区分变化强度单峰直方图中的变化像素与未变化像素的最优阈值；然后剔除通过最优阈值判定的变化像素，对其余的像素重复步骤S2～S3直至在每个类型波段下两幅影像间线性回归方程的斜率差值△kn小于预设的终止计算阈值；将最后一次计算得到的在每个波段下调整影像与参考影像间线性回归方程的斜率kn和截距bn作为标准亮度值修正参数，重新对调整影像每个像素在每个波段的亮度值进行调整，并将其与参考影像之间的变化像素采用变化强度单峰直方图自动阈值分割方法和T‑point法进行区分，识别变化像素；S4、将经过步骤S3识别到的变化像素根据是否为相邻像素进行地块划分，并计算每一个地块在施工前、施工期和施工后的植被指数，通过不同时期的植被指数计算得到施工结束后该地块的植被的恢复率，进而对该地块的恢复情况是否符合要求进行判断。...

【技术特征摘要】
1.一种监管公路临时占地利用与恢复的卫星遥感方法，其特征在于，步骤如下：S1、分别采集监管公路在施工前、施工期和竣工后的三幅多光谱卫星遥感影像，并通过几何校正和统一裁剪使三幅多光谱卫星遥感影像中同一地物在不同多光谱卫星遥感影像中的位置完全相同；S2、在经过步骤S1处理后的三幅多光谱卫星遥感影像中任选一副作为参考影像，其余两幅作为调整影像，利用线性回归分析方法将两副调整影像的亮度调整为与参考影像一致，使三幅多光谱卫星遥感影像上未发生变化的同一地物的亮度一致；S3、对经过步骤S2处理后的施工前的多光谱卫星遥感影像与施工期的多光谱卫星遥感影像之间的像素变化检测采用变化强度单峰直方图自动阈值分割的方法，并利用T-point法获得区分变化强度单峰直方图中的变化像素与未变化像素的最优阈值；然后剔除通过最优阈值判定的变化像素，对其余的像素重复步骤S2～S3直至在每个类型波段下两幅影像间线性回归方程的斜率差值△kn小于预设的终止计算阈值；将最后一次计算得到的在每个波段下调整影像与参考影像间线性回归方程的斜率kn和截距bn作为标准亮度值修正参数，重新对调整影像每个像素在每个波段的亮度值进行调整，并将其与参考影像之间的变化像素采用变化强度单峰直方图自动阈值分割方法和T-point法进行区分，识别变化像素；S4、将经过步骤S3识别到的变化像素根据是否为相邻像素进行地块划分，并计算每一个地块在施工前、施工期和施工后的植被指数，通过不同时期的植被指数计算得到施工结束后该地块的植被的恢复率，进而对该地块的恢复情况是否符合要求进行判断。2.根据权利要求1所述的监管公路临时占地利用与恢复的卫星遥感方法，其特征在于，在步骤S1中，三幅多光谱卫星遥感影像为在相同季节拍摄得到。3.根据权利要求1所述的监管公路临时占地利用与恢复的卫星遥感方法，其特征在于，在步骤S2中，将两幅调整影像的亮度调整为与参考影像一致的具体步骤如下：S201、提取参考影像中每个像素所包含的n个波段的亮度，使每个像素对应得到一个至少包含蓝光波段亮度b1x、绿光波段亮度b2x、红光波段亮度b3x和近红外波段亮度b4x的亮度值集合X＝{b1x,b2x,b3x,b4x,…,bnx}；S202、提取每幅调整影像中每个像素所包含的n个波段的亮度，且调整影像每个像素提取的波段类型与步骤S201中对参考影像每个像素提取的波段类型一致，使调整影像每个像素同样对应得到一个至少包含蓝光波段亮度b1y、绿光波段亮度b2y、红光波段亮度b3y和近红外波段亮度b4y的亮度值集合Y＝{b1y,b2y,b3y,b4y,…,bny}；S203、以调整影像的第n个波段的亮度为x轴、参考影像的第n个波段的亮度为y轴建立平面直角坐标系，并将调整影像和参考影像上位于相同位置上的像素的第n个波段的亮度值分别作为x坐标和y坐标在直角坐标系中绘制若干个坐标点；通过对若干个坐标点进行线性回归分析，得到一元线性回归公式：bny＝kn×bnx+bn，求得在第n...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡健波，彭士涛，黄伟，熊红霞，
申请(专利权)人：交通运输部天津水运工程科学研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12