基于高分遥感数据的城镇污水处理设施提取工具研究

◎ 住房和城乡建设部信息中心 熊立创

中国科学院遥感应用研究所 张 宁

【引言】

IDL(Interactive Data Language)和ENVI都是美国ITT Visual Information Solutions公司的旗舰产品。IDL是一种面向对象的跨平台开发语言，具备语法简单、处理矩阵能力强等特点，是很多科研人员做数据分析、图像处理和可视化的首选工具；ENVI(The Environment for Visualizing Images)是一套使用IDL语言开发的，专门用于遥感影像数据处理和信息提取的工具化软件，目前已经广泛应用于环保、气象、矿产勘探和农业等诸多领域。

本文主要是利用IDL语言和ENVI软件提供的二次开发接口，编写基于高分遥感数据的城镇污水处理设施提取工具。

基于高分遥感数据的标准和样例数据，利用IDL语言和ENVI软件提供的二次开发接口，开发城镇污水处理设施提取工具，实现城镇污水处理设施的自动识别和提取，

1.功能需求

提取工具应结合高分遥感数据的生产标准，利用样例数据，实现城镇污水处理设施的自动识别，结合人工目视解译对提取初步成果进行筛选，并就提取对象追加属性信息。

(1)基本操作

应具备基本的文件操作和地图操作，包括加载矢量数据、影像数据、新建工程、地图浏览、地图缩放、波段选择等常用功能。

(2)参数设置

提供参数设置功能，方便用户可以对提取、融合和识别算法的关键属性进行调整，以测试不同参数对提取结果的影响效果。

(3)算法选择

提供算法选择功能，方便用户对提取算法、融合算法进行选择，以检验不同算法、不同组合对提取结果的影响效果。

(4)矢量编辑

提供矢量编辑功能，由于算法和参数对于不同设施类型的提取精度不同，用户可以对初步的提取成果进行简单筛选，剔除个别错误图斑，并结合业务知识，就提取结果追加设施类型、所属水厂等属性信息。

2.分割函数

ENVI提供了二次开发调用接口，方便进行批处理调用和搭建业务化应用平台。“ENVI_FX_SEGMENTONLY_DOIT” 是调用ENVI函数来进行图像分割的函数。需要输入一些基本的参数，如下表1所示：

3.提取算法

特征提取算法的流程图如下图所示：

表1 分割函数参数说明

图1 特征提取流程图

其关键步骤包括：

第一，用户需要指定的属性值参数（表2）范围（值域），但一般不可能将全部属性值都赋值，因此我们剔除掉用户未指定的（即最大值和最小值都为0），以及不合理的值（即属性值的最小值大于等于最大值），由此可以得到有效属性值参数和值域。以此为标准，在输入的矢量数据中进行筛选，得到了有效的对象矢量。

第二，对有效的对象矢量进行聚簇处理。计算每个有效对象周边一定范围之内的有效对象个数，该范围由参数radius_search来指定。以每个有效对象为中心都可以组成一个的数据簇，将其定义成聚簇的对象矢量。

第三，从聚簇的对象矢量中找到最密集数据簇，如果最密集数据簇中对象的个数大于1，那么缩小radius_search，再重复进行聚簇处理的过程，直到最密集数据簇中对象的个数等于1。将最密集数据簇中所有的对象矢量定义为目标对象矢量，认为这些地物对象是污水处理厂中的全部或一部分。

第四，如果污水处理厂的个数（num_factory）大于1个，就要重复第二步和第三步，在重复以上步骤之前，要从有效对象矢量数据中删除掉已搜索到的目标对象矢量。最终我们得到了目标探测结果。

4.提取参数

图像分割后得到的矢量数据是地物特征提取的基础，分割后的矢量数据包含了丰富的光谱、空间和纹理信息，通过对提取对象的分析和反复提取试验，设置适宜的提取参数，直接影响识别的准确度。

经验证，在提取过程中加入提取范围内城镇污水处理厂的一些经验参数，将有效提高提取的效率，例如：num_factory（该影像范围内污水处理厂的大致个数）、radius_search（污水处理厂的大致半径），这些经验参数可以从现有“全国城镇污水处理信息系统”中获取。

表2 提取参数列表