基于不变检测策略的新增建设用地遥感监测方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种基于不变检测策略的新增建设用地遥感监测方法及设备，包括基于颜色特征的非建设用地提取，包括对前后时相遥感影像计算自然资源颜色指数，并初步提取非建设用地区域，形成掩膜A；基于形态学特征的建设用地提取，包括计算前后时相影像的形态学建设用地指数MCLI，提取建设用地与裸地，并进行二值化，形成掩膜B；基于形状特征的“伪变化”区域甄别，包括利用直线占比对休耕耕地和推填土进行进一步甄别，生成新的掩膜D；不变区域生成，包括根据前后时相影像的提取结果，首先提取建设用地不变区域，然后提取非建设用地不变区域，将建设用地不变区域与非建设用地取并集，生成不变区域；规则化生成最终的不变区域掩膜。

【技术实现步骤摘要】
基于不变检测策略的新增建设用地遥感监测方法及设备
本专利技术涉及信息
，具体涉及一种基于不变检测策略的新增建设用地遥感监测方法及设备。
技术介绍
新增建设用地信息在自然资源管理、城市规划建设等方面发挥着不可替代的重要作用。在实际应用中，由于有非常严格的成果管理和应用要求，为了确保成果的准确性和可靠性，从上世纪末以来一直采用“人工目视解译+外业调绘”的作业模式。该作业模式的弊端尤为明显：投入大、耗时长、效率慢、时效性差、成果质量参差不齐。如何利用计算机自动提取方法提高作业效率有着十分重要的意义。现有的新增建设用地提取方法主要采用遥感影像变化检测的方法，主要分为传统的基于像元/面向对象的提取方法(包括分水岭方法、能量最小化方法、均质区域识别方法、聚类提取城市变化方法、形态学房屋指数等)和基于深度学习的新增建设用地提取方法两类。然而利用遥感影像变化检测方法进行新增建设用地提取是一个极为复杂的问题：(1)遥感影像成像和地物条件复杂，存在前后时相影像的卫星平台差异、光谱差异、分辨率差异、入射角差异、季相差异、光照条件差异以及地区差异、“同物异谱、同谱异物”等众多情况。(2)存在地物变化客观性与人类需求主观性之间的矛盾。地物的变化存在客观性，而在实际应用中人们只提取其关心的变化形式，即该变化为自定义的“变化”，由此造成部分客观变化被忽略、部分微小变化被人为放大，使得变化检测方法从根本上难以普遍适应实际需求。(3)变化检测的精度和图斑提取边界无法满足各类应用要求。不同的应用需求对变化检测的查全率或查准率有不同的要求，当前变化检测技术的查全率、查准率及变化图斑边界与人工提取结果有较大差距。因此，在数据类型多、监测范围广、下垫面复杂、自动化要求高的实际应用场景，变化检测技术尚无法达到实际应用要求。
技术实现思路
为了解决现有遥感影像变化检测中存在的问题，本专利技术逆向思考，提出从不变区域入手研究利用高分辨率遥感影像进行新增建设用地提取的新思路，目的是提供一种基于不变检测策略的新增建设用地遥感监测方法。该方法在保证不变检测精度保持于一定查准率水平(即满足任务要求的准确率)的前提下，实现可能变化区域范围的压缩，减少人工目视解译量，提高提取效率，缩短耗时，提升工作效率和成果时效性。为实现上述目的，本专利技术的技术方案提供一种基于不变检测策略的新增建设用地遥感监测方法，包括以下步骤，步骤1，基于颜色特征的非建设用地提取，包括对前后时相遥感影像计算自然资源颜色指数，并初步提取非建设用地区域，形成掩膜A，其中1为非建设用地，0为建设用地；所述自然资源颜色指数为通过建设用地与非建设用地的反射率特点，在绿色因子基础上结合灰度影像，通过阈值将建设用地与非建设用地初步区分开的指数；步骤2，基于形态学特征的建设用地提取，包括计算前后时相影像的形态学建设用地指数MCLI，得到MCLI指数影像，提取建设用地与裸地并进行二值化，形成掩膜B，其中0为非建设用地，1为建设用地；所述形态学建设用地指数MCLI为针对建设用地反射率较高和尺度不一等特征，通过波段最大值图像和多尺度顶帽变换进行提取的指数；步骤3，基于形状特征的“伪变化”区域甄别，包括针对步骤1和步骤2中所得结果存在部分休耕耕地和推填土的误分现象，根据休耕耕地形状相对规则，推填土形状不规则的特征，利用直线占比对休耕耕地和推填土进行进一步甄别，生成新的掩膜D，1为形状规则图斑，0为形状不规则图斑及其他；步骤4，不变区域生成，包括根据前后时相影像的步骤1、2、3的提取结果，首先提取建设用地不变区域，然后提取非建设用地不变区域，将建设用地不变区域与非建设用地取并集，生成不变区域；步骤5，不变区域规则化，生成最终的不变区域掩膜。而且，步骤1中，包括以下子步骤，(1)遥感影像预处理，以几何、色彩均处理好的正射影像作为输入数据，首先对影像进行中值滤波，去除影像噪声；(2)计算自然资源颜色指数NSCI如下，并设定阈值初步提取不变区域，形成掩膜影像，Gray＝0.299×R+0.587×G+0.114×B式中，N为高亮区域给定值，R,G,B分别为遥感影像红色、绿色、蓝色通道的像素值，C为常数，L,M为预设的阈值；(3)对掩膜影像进行形态学开运算，去除掩膜影像中孤立的小点、毛刺和小桥，同时保持原来图斑的位置不发生变化，得到掩膜A，其中1为非建设用地，0为建设用地。而且，步骤2中，包括以下子步骤，(1)进行波段最大值图像b合成；(2)根据波段最大值图像b进行形态学白帽重构；(3)对亮度图像进行多尺度顶帽变换；(4)定义形态学建设用地指数MCLI如下，MCLI＝meanS(THRDMP)式中，MCLI的值越大，属于建设用地的概率也越高；根据设定阈值T对MCLI计算结果进行阈值分割，获得建设用地的初步提取结果，并形成掩膜B，其中0为非建设用地，1为建设用地。而且，步骤3中，包括以下子步骤，(1)将掩膜A和掩膜B进行相交运算得到掩膜C，即A∩B＝C；(2)对掩膜C进行形态学滤波开运算；(3)跟踪步骤(2)所得掩膜影像上各个图斑的最外围轮廓，并计算轮廓面积，设定面积阈值剔除小图斑；(4)简化图斑轮廓点；(5)计算简化后轮廓的直线占比；(6)根据直线占比设定阈值对形状不规则图斑进行剔除，生成新的掩膜D，1为形状规则图斑，0为形状不规则图斑及其他。而且，步骤3中，简化图斑轮廓点的实现方式为，采用点合成法，以角度为限制条件实现简化。而且，步骤4中，包括以下子步骤，(1)建设用地不变区域提取；将前时相稳定建设用地掩膜SCT1和前时相稳定建设用地掩膜SCT2进行相交运算，得到建设用地不变区域，记为掩膜E，并对掩膜E进行形态学滤波开运算；SCT1和SCT2计算公式如下：式中，和分别为前时相T1和后时相T2步骤1中非建设用地提取范围逻辑非运算后的结果，BT1和BT2分别为前时相T1和后时相T2步骤2中建设用地提取范围；(2)非建设用地不变区域提取；由于新增建设用地在后时相表现为建设用地，因而，只需提取后时相中的非建设用地区域即为非建设用地不变区域；将后时相掩膜AT1和掩膜DT2进行相交运算得到非建设用地不变区域掩膜F，即F＝AT1∩DT2；其中，掩膜AT1为前时相T1的掩膜A，掩膜DT2为后时相T2的掩膜D。(3)不变区域生成；将建设用地不变区域E和非建设用地不变区域取并集得到不变区域U，即U＝E∪F；与不变区域U互补的即为可能变化区域而且，步骤5中，包括以下子步骤，(1)将不变区域U划分为规则格网，规则格网通常但不限于为矩形，划分的方法为沿人工目视解译作业方向将不变区域U划分为M×N大小的格网即不变区域规则化结果G1，划分规则为格网覆盖区域内部全部为不变区域，不含任何可能变化区域；(2)以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于不变检测策略的新增建设用地遥感监测方法，其特征在于：包括以下步骤，/n步骤1，基于颜色特征的非建设用地提取，包括对前后时相遥感影像计算自然资源颜色指数，并初步提取非建设用地区域，形成掩膜A，其中1为非建设用地，0为建设用地；/n所述自然资源颜色指数为通过建设用地与非建设用地的反射率特点，在绿色因子基础上结合灰度影像，通过阈值将建设用地与非建设用地初步区分开的指数；/n步骤2，基于形态学特征的建设用地提取，包括计算前后时相影像的形态学建设用地指数MCLI，得到MCLI指数影像，提取建设用地与裸地并进行二值化，形成掩膜B，其中0为非建设用地，1为建设用地；/n所述形态学建设用地指数MCLI为针对建设用地反射率较高和尺度不一等特征，通过波段最大值图像和多尺度顶帽变换进行提取的指数；/n步骤3，基于形状特征的“伪变化”区域甄别，包括针对步骤1和步骤2中所得结果存在部分休耕耕地和推填土的误分现象，根据休耕耕地形状相对规则，推填土形状不规则的特征，利用直线占比对休耕耕地和推填土进行进一步甄别，生成新的掩膜D，1为形状规则图斑，0为形状不规则图斑及其他；/n步骤4，不变区域生成，包括根据前后时相影像的步骤1、2、3的提取结果，首先提取建设用地不变区域，然后提取非建设用地不变区域，将建设用地不变区域与非建设用地取并集，生成不变区域；/n步骤5，不变区域规则化，生成最终的不变区域掩膜。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于不变检测策略的新增建设用地遥感监测方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1，基于颜色特征的非建设用地提取，包括对前后时相遥感影像计算自然资源颜色指数，并初步提取非建设用地区域，形成掩膜A，其中1为非建设用地，0为建设用地；
所述自然资源颜色指数为通过建设用地与非建设用地的反射率特点，在绿色因子基础上结合灰度影像，通过阈值将建设用地与非建设用地初步区分开的指数；
步骤2，基于形态学特征的建设用地提取，包括计算前后时相影像的形态学建设用地指数MCLI，得到MCLI指数影像，提取建设用地与裸地并进行二值化，形成掩膜B，其中0为非建设用地，1为建设用地；
所述形态学建设用地指数MCLI为针对建设用地反射率较高和尺度不一等特征，通过波段最大值图像和多尺度顶帽变换进行提取的指数；
步骤3，基于形状特征的“伪变化”区域甄别，包括针对步骤1和步骤2中所得结果存在部分休耕耕地和推填土的误分现象，根据休耕耕地形状相对规则，推填土形状不规则的特征，利用直线占比对休耕耕地和推填土进行进一步甄别，生成新的掩膜D，1为形状规则图斑，0为形状不规则图斑及其他；
步骤4，不变区域生成，包括根据前后时相影像的步骤1、2、3的提取结果，首先提取建设用地不变区域，然后提取非建设用地不变区域，将建设用地不变区域与非建设用地取并集，生成不变区域；
步骤5，不变区域规则化，生成最终的不变区域掩膜。


2.根据权利要求1所述基于不变检测策略的新增建设用地遥感监测方法，其特征在于：步骤1中，包括以下子步骤，
(1)遥感影像预处理，以几何、色彩均处理好的正射影像作为输入数据，首先对影像进行中值滤波，去除影像噪声；
(2)计算自然资源颜色指数NSCI如下，并设定阈值初步提取不变区域，形成掩膜影像，



Gray＝0.299×R+0.587×G+0.114×B
式中，N为高亮区域给定值，R,G,B分别为遥感影像红色、绿色、蓝色通道的像素值，C为常数，L,M为预设的阈值；
(3)对掩膜影像进行形态学开运算，去除掩膜影像中孤立的小点、毛刺和小桥，同时保持原来图斑的位置不发生变化，得到掩膜A，其中1为非建设用地，0为建设用地。


3.根据权利要求1所述基于不变检测策略的新增建设用地遥感监测方法，其特征在于：步骤2中，包括以下子步骤，
(1)进行波段最大值图像b合成；
(2)根据波段最大值图像b进行形态学白帽重构；
(3)对亮度图像进行多尺度顶帽变换；
(4)定义形态学建设用地指数MCLI如下，
MCLI＝meanS(THRDMP)
式中，MCLI的值越大，属于建设用地的概率也越高；
根据设定阈值T对MCLI计算结果进行阈值分割，获得建设用地的初步提取结果，并形成掩膜B，其中0为非建设...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翰超，宁晓刚，祁鑫博，杨懿，王浩，
申请(专利权)人：中国测绘科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11