本发明专利技术涉及一种基于遥感影像和ＧＩＳ数据的面状地物变化检测方法，包括：一、对ＧＩＳ数据预处理；二、对遥感影像预处理；三、计算面状地物的Ｌａｂｅｌ点；四、预测ＧＩＳ面状地物Ｌａｂｅｌ点对应的遥感影像同名点；五、定义一组由粗到细的相似特征量；六、根据相似特征量迭代提取影像上的同名面状地物；七、根据预先定义的相似特征量阈值判断地物是否发生变化，如果发生了变化，则标记该地物，否则计算该地物多边形的重心坐标作为控制点，返回第四步。本发明专利技术对感兴趣地物的ＧＩＳ数据进行上述操作，可以检测出变化地物，对于没有变化的地物，可以获得控制点，利用这些控制点可以实现影像与ＧＩＳ数据的自动配准。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于遥感影像与GIS(地理信息系统)相结合应用领域，涉及一种基于遥感影像和GIS数据的面状地物变化检测整体迭代解求方法。
技术介绍
自然界的变化和人类的各种活动每天都在改变着地表景观及其利用形式。人口的快速增长及城市化的发展，加速了这种变化。这些变化将对地球资源与环境产生深远的影响，因此及时、有效地监测地表变化，更新相关的地理信息系统，为资源管理与规划和环境保护等职能部门提供科学决策的依据是十分必要的。为了解地球而发展起来的卫星对地观测技术，无疑是监测地表变化的最佳技术手段。现代遥感技术已经进入了一个能够快速、及时提供多种对地观测海量数据的新阶段。要从目前每天接收的数以TB计的遥感影像中，分拣出我们感兴趣的数据，依靠传统的人工解译方法显然不行，这就需要通过某种方法让计算机来理解图像和检测哪儿发生了变化(变化检测)，把我们的注意力引向我们感兴趣的地方。在空间数据框架建成以后，为了实现数据快速更新，保持其现势性，变化检测显得尤为重要，自动变化检测是遥感与GIS领域今后研究的重点之一(李德仁2003)。现有的变化检测方法主要还是停留在像素级的数据引导上，缺乏知识引导的特征级变化检测方法(李德仁2003)。目前变化检测方法模型主要是对不同时相的遥感影像进行处理，其前提条件是地物的时相变化能够引起图像上像素值的明显变化。这类变化检测方法仅仅利用了图像灰度信息，没有利用检测对象的几何信息和其他知识。由于图像灰度对地物的表达有一定的不确定性，因而使得变化检测的结果出现很多伪变化。尽管已经存在许多变化检测方法，但对于某一特定的应用和研究区域选择一个合适的方法仍然十分困难。GIS数据中包含了丰富的语义和非语义信息，集成遥感图像和GIS数据进行变化检测分析是近年来变化检测方法发展的趋势之一(D.Lu 2004)。目前一般的变化检测方法步骤可以归纳为数据预处理、数据配准、特征提取(基于特征级的变化检测方法)、变化检测、结果分析，这些步骤是独立进行的，每一步的误差都会传递到下一步，其中数据配准和特征提取对变化检测有着关键性的影响，使得变化检测的结果精度和可靠性不可控制，而且检测过程也比较盲目。为此本专利技术提出了一种基于特征级的变化检测方法，把影响变化检测结果的关键步骤数据配准、特征提取和变化检测同步迭代求解，相互约束、修正。利用GIS数据中的知识进行引导减少特征提取和变化检测的盲目性，提高结果的可靠性和精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于遥感影像和GIS数据的面状地物变化检测方法，该方法能够实现多源、多传感器、不同时相数据之间的变化检测。本专利技术提供的技术方案是，一种基于遥感影像和GIS数据的面状地物变化检测方法，包括以下步骤一、对GIS数据预处理；I.从GIS数据中选取按实际成图比例表达的面状地物，并提取表达其几何形状的多边形；II.计算I中每一个多边形的以下相似特征量多边形最小外接矩形的面积；多边形最小外接矩形的宽和高；多边形的面积；多边形的周长；多边形的形状编码；III.按下述步骤确定I中的多边形的“Label”点1)根据每个多边形的坐标进行栅格化，生成多边形外接矩形大小的图像；2)用腐蚀运算(Erosion)对1)中的图像进行腐蚀处理至凸多边形图像变成一条直线；凹多边形图形变成一条或多条联通的曲线；3)对2)生成的结果，从这些直线或者曲线中，选取一个中间点，作为Label点；或者继续利用腐蚀运算，对得到的线图像进行运算，直到线变成一个点，最后得到的这个点作为图像的Label点；二、对遥感影像预处理；处理步骤如下1)初始化i＝0，输入原始图像fi(x，y)；2)用二维卷积算子h(x，y)与图像fi(x，y)进行卷积，得到fi+1(x，y)；其中h(x,y)=12561643128164125616411633211616431283329643323128164116332116164125616431281641256]]>3)计算第一个小波系数wi+1(x，y)＝fi(x，y)-fi+1(x，y)；4)如果i＜n，其中n为给定的分解次数，i＝i+1，返回2)；5)重复2)，3)，4)直至i＝n；6)选取1-3个小波面作为遥感影像预处理结果；对遥感影像边界的处理采用镜像对称的方法，即行向f(-i，j)＝f(i，j)；f(i+k，j)＝f(i-k，j)其中i＜＝N，k＝1，2，…，N为图像的总的行数；列向f(i，-j)＝f(i，j)； f(i，j+k)＝f(i，j-k)其中j＜＝N，k＝1，2，…，N为图像的总的列数；三、建立粗略几何位置关系根据确定的控制点，通过最小二乘法计算遥感影像与GIS数据之间的几何变换模型参数，建立GIS数据与遥感影像之间的粗略几何位置关系；四、读取经过GIS数据预处理后的一个多边形，根据三中建立的几何位置关系，预测GIS多边形Label点在遥感影像上对应的同名点的位置，以该点为种子点，采取自适应迭代区域生长方法提取遥感影像上的面状地物多边形特征；灰度一致性的阈值从零开始随着迭代次数增加逐步增大(增大区域提取阈值)，对每次提取的多边形计算最小外接矩形面积(相似量)，计算遥感影像上提取的多边形与GIS多边形最小外接矩形面积之间的差异，直到满足预定阈值条件；记录下每个满足阈值的多边形，作为GIS中多边形的候选同名多边形；五、面状地物的变化检测1.计算候选同名多边形的相似特征量多边形最小外接矩形的宽和高；多边形的面积；多边形的周长；多边形的形状编码；2.以多边形最小外接矩形宽和高为相似特征量，从1结果中选择特征相似的多边形；3.以多边形的面积为相似度量，从2结果中选择特征相似的多边形；4.以多边形的周长为相似度量，从3结果中选择特征相似的多边形；5.以多边形的形状编码为相似度量，从4结果中选择特征相似的多边形；选择形状编码的相似性最大的多边形为同名特征；6.如果5中的结果不满足预先设定的阈值，就认为该面状地物发生了变化，标记该GIS多边形为变化区域；否则(最大相似值大于相似性阈值)该面状地物没有发生变化，取该多边形及遥感影像上的同名多边形的重心为控制点，参与下一个面状地物变化检测，优化粗略几何位置关系；六、对其骤一I中提取的每个待检测的GIS多边形按照步骤三至五进行迭代处理，直至所有多边形都匹配完成。最后，对检测的结果进行精度评价。本专利技术对感兴趣地物的GIS数据进行上述操作，可以检测出变化地物，对于没有变化的地物，可以获得控制点，利用这些控制点可以实现影像与GIS数据的自动配准。本专利技术利用GIS数据中的知识进行引导减少特征提取和变化检测的盲目性，提高结果的可靠性和精度。本专利技术能够实现多源、多传感器、不同时相数据之间的变化检测。附图说明附图为本专利技术的流程示意图。具体实施例方式参见附图，本专利技术包括以下步骤一、对GIS数据的预处理I.从GIS数据中选取按实际成图比例表达的面状地物，并提取表达其几何形状的多边形。II.根据多边形坐标计算面积，并对所有的多边形按面积由大到小进行排序。III.计算每一组用于匹配的多边形的相似特征量。相似性特征量的计算见下述步骤四。IV.确定多边形的“Label”点。对每个多边形按照以下步骤，计算Label点1)根据每个多边形的坐标在计算机内存本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于遥感影像和ＧＩＳ数据的面状地物变化检测方法，其特征是：包括以下步骤一、对ＧＩＳ数据预处理；Ⅰ．从ＧＩＳ数据中选取按实际成图比例表达的面状地物，并提取表达其几何形状的多边形；Ⅱ．计算Ⅰ中每一个多边形的以下相似特 征量：多边形最小外接矩形的面积；多边形最小外接矩形的宽和高；多边形的面积；多边形的周长；多边形的形状编码；Ⅲ．按下述步骤确定Ⅰ中的多边形的“Ｌａｂｅｌ”点：１）根据每个多边形的坐标进行栅格化，生成多边形外接矩形大小的图像； ２）用腐蚀运算对１）中的图像进行腐蚀处理至凸多边形图像变成一条直线；凹多边形图形变成一条或多条联通的曲线；３）对２）生成的结果，从这些直线或者曲线中，选取一个中间点，作为Ｌａｂｅｌ点；或者继续利用腐蚀运算，对得到的线图像进行运 算，直到线变成一个点，最后得到的这个点作为图像的Ｌａｂｅｌ点；二、对遥感影像预处理；处理步骤如下：１）初始化ｉ＝０，输入原始图像ｆ↓［ｉ］（ｘ，ｙ）；２）用二维卷积算子ｈ（ｘ，ｙ）与图像ｆ↓［ｉ］（ｘ，ｙ）进 行卷积，得到ｆ↓［ｉ＋１］（ｘ，ｙ）：其中ｈ（ｘ，ｙ）＝＊＊＊３）计算第一个小波系数：ｗ↓［ｉ＋１］（ｘ，ｙ）＝ｆ↓［ｉ］（ｘ，ｙ）－ｆ↓［ｉ＋１］（ｘ，ｙ）；４）如果ｉ＜ｎ，其中ｎ为给定的分解次数，ｉ＝ｉ＋１，返回 ２）；５）重复２），３），４）直至ｉ＝ｎ；６）选取１－３个小波面作为遥感影像预处理结果；对遥感影像边界的处理采用镜像对称的方法，即：行向：ｆ（－ｉ，ｊ）＝ｆ（ｉ，ｊ）；ｆ（ｉ＋ｋ，ｊ）＝ｆ（ｉ－ｋ，ｊ ）其中ｉ＜＝Ｎ，ｋ＝１，２，…，Ｎ为图像的总的行数；列向：ｆ（ｉ，－ｊ）＝ｆ（ｉ，ｊ）；ｆ（ｉ，ｊ＋ｋ）＝ｆ（ｉ，ｊ－ｋ）其中ｊ＜＝Ｎ，ｋ＝１，２，…，Ｎ为图像的总的列数；三、根据确定的控制点，通过最小二乘法计算遥感 影像与ＧＩＳ数据之间的几何变换模型参数；四、采取自适应迭代区域生长方法提取遥感影像上的面状地物多边形特征；遥感影像上区域生长的种子点由ＧＩＳ多边形的Ｌａｂｅｌ点对应的几何变换结果给出，灰度一致性的阈值从零开始随着迭代次数增加逐步增大 ，对每次提取的多边形计算最小外接矩形面积，计算遥感影像上提取的多边形与ＧＩＳ多边形最小外接矩形面积之间的差异，直到满足预定阈值...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓东，李德仁，龚健雅，秦前清，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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