基于遥感影像变化检测技术的地形图更新

赵 敏，陈卫平，王海燕

（国家测绘地理信息局第一航测遥感院，陕西西安710054）

一、引 言

近年来，国家、各省基础地理信息数据库相继建成，如何保证并提高基础地理信息数据的现势性，以满足社会经济建设快速发展对基础地理信息数据的需求，成为一个亟待解决的问题。因此，国家测绘地理信息局在“十一五”期间对国家1∶50 000基础地理信息数据库进行了全面更新，各省也根据区域经济发展情况和建设需求，对省级基础地理信息数据库进行了全面更新。如何充分利用已有的遥感影像资料对基础地理信息数据进行快速更新，特别是对重大工程项目和重点地物进行重点更新，以取得较好的社会和经济效益，较多学者和生产单位对此进行了有益的探索。笔者在总结现有地形图更新方案的基础上，提出基于影像变化检测技术的地形图更新思路，并进行了一定区域的更新采集试验。

二、现有的地形图更新方案

目前，国内较多省份已经开始了省级基础地理信息数据的更新。大部分省份采取以下方案进行更新:在有旧版矢量要素数据(DLG)的区域，基于数字正射影像图(DOM)采用综合判调法进行DLG数据更新生产，即利用现势性较好、分辨率高的DOM数据，参考数字栅格地图(DRG)、最新勘界成果，以及地名、水利、电力、通信、交通等专业资料，对数据进行整合，采用人工室内判绘结合野外调绘与核查的技术手段，实现基础地理信息数据的快速更新。

其次，有部分省份采用立体更新方式，即利用全数字摄影测量软件，将航片按像对恢复立体模型，将上一代DLG数据导入，参考土地详查资料、民政部门的勘界资料和地名资料、交通资料等，在立体模型下，进行地物的更新，并将内业更新后的数据生成调绘片，外业调绘核查后，再返回内业修改编辑，从而实现数据的更新。

另外，还有个别省份本着满足用户需要与缩短更新周期的原则，对县级以上城区及变化较大地区全面更新，其余地区重点修测，更新时充分利用已有资料，如1∶50 000地形要素数据、上一代地形图和调绘片、民政勘界资料、交通资料、土地利用现状调查资料等。

以上提到的各省份更新方案基本上都是采用DOM影像或立体像对，通过人工比对的方式，将有变化的地物进行更新采集。人工比对发现变化的方式，适用于全面、细致的更新，但更新周期较长，要耗费大量的人力、物力及财力，无法达到快速更新的目的。

三、基于遥感影像变化检测技术的地形图更新思路

随着遥感影像处理技术的发展，其处理方法及内容越来越多。利用遥感影像获取变化信息方面取得了许多成果，遥感影像变化检测的应用领域也越来越广泛，如土地资源调查、地表变化动态检测、灾害检测、城市规划等许多行业。由于遥感影像获取周期短、覆盖面积广、波段多、色彩丰富，更适宜对地表变化动态检测。将遥感影像变化检测技术运用到地形图更新中可以保证其现势性。

根据变化检测技术更新地形图的思路是:首先，利用已有矢量数据和与矢量数据同时期的影像数据、后时相影像，利用遥感影像处理和分析软件，进行影像分割、分类、影像变化检测，并将变化检测结果文件导出;其次，根据变化检测结果文件，对变化情况进行总体分析，确定需更新的区域和更新方法，对大面积居民地、水域及地貌变化较大区域，基于立体影像对矢量数据进行更新采集，其他一般变化区域，利用DOM数据进行地物的更新采集;再次，根据确定的更新方法，进行更新，采用立体像对进行更新采集时，在全数字摄影测量软件中，根据加密成果，创建或恢复相应的立体像对，将待更新矢量数据进行三维处理，将待更新矢量数据、变化检测结果导入全数字摄影测量软件中，使用变化检测结果快速定位变化区域，根据立体影像对发生变化的地物、地貌进行更新，并协调与未更新地物、地貌之间的关系;最后，利用DOM数据进行更新采集时，在矢量编辑软件中，将待更新矢量数据、变化检测结果导入，使用变化检测结果快速定位变化区域，基于DOM影像，对发生变化的地物进行更新，并协调与未更新地物之间的关系。

另外，由于地形图更新不仅是对要素位置进行更新，而且还需要对相应要素的属性进行更新，如道路的技术等级、道路编号、名称等属性。因此，还需要收集相关专业资料，对各要素的属性进行核查、调绘。

根据外业核查调绘结果，内业再进行要素编辑、属性录入等工作，最终形成DLG更新成果。技术路线如图1所示。

图1 基于影像变化检测技术的地形图更新技术路线

四、基于影像变化检测技术的地形图更新采集试验

1.变化检测试验区域

本文选定了西安市东部某区域作为试验区，进行了基于影像变化检测技术的更新试验。该试验区面积约为38 km2，地形类别为平地，试验采用的影像数据为2004年3月SPOT 5 2.5 m分辨率融合影像、2006年12月“资源二号”3 m分辨率融合影像，待更新的地形图为2004年生产的矢量数据。

2.影像变化检测

目前，许多遥感影像处理软件均提供了变化检测功能，但一般情况下，只能提供变化区域。易康(eCognition)软件作为一款遥感影像分析软件，变化检测是在对前后时相影像分别进行独立分类后进行的。因此，其变化检测结果不仅能够提供变化区域，而且能够提供变化属性信息，以进行变化信息的统计分析。

在eCognition软件中，对于前时相影像，将待更新矢量数据中的居民地、道路、水系等要素参与到影像分割过程中，然后根据待更新矢量数据的地物编码属性，直接进行影像自动分类;对于后时相影像，使用多尺度分割算法，试验出合适的分割参数，进行影像分割，然后采用最邻近分类法或模糊函数分类法进行自动、半自动分类。由于分类结果是变化检测的基础，因此要对分类结果进行检查，剔除噪声数据并改正错误的分类，以保证分类结果的正确性。

前、后时相影像分类完成后，需根据分类结果进行变化检测，然后将变化检测结果导出为SHP格式文件。导出时，可以将变化检测类结果作为属性字段一起导出，以用于变化区域的统计分析。

本次试验将2004年3月SPOT 5影像作为前时相影像、2006年12月“资源二号”影像作为后时相影像进行变化检测。变化检测结果如图2所示。

3.变化检测结果分析

图2变化检测结果表明，该区域主要变化为新增几条道路、双线河水涯线位置变化、新增较大面积的居民地等。

主要地物的变化检测结果与实际核查变化统计见表1。

表1 主要地物的变化检测结果与实际核查变化统计表

4.地形图更新采集

根据以上变化检测结果的分析，可利用DOM数据进行地物的更新。在矢量编辑软件中，利用2006年12月“资源二号”影像对矢量数据中的居民地、道路、水系要素进行更新采集。由于该区域为平地，其植被均为旱地，因此未进行植被要素的更新采集。更新前、后矢量数据分别如图3、图4所示。

图2 影像变化检测结果

图3 更新前矢量数据

图4 更新后矢量数据

试验结果表明:

1)使用2.5～3 m分辨率遥感影像进行变化检测，然后根据变化检测结果利用高分辨率遥感影像进行1∶10 000地形图更新，在技术上可行，其更新结果能够基本满足要求。

2)对于大面积居民地、水域的变化，使用遥感影像变化检测技术能较为准确地检测出其变化;对于较宽的道路，使用eCognition软件进行变化检测的结果较为理想，变化检测结果与人工核查结果一致。

3)基于变化检测技术进行数据更新的程度取决于影像变化检测的精度，而影像变化检测的精度依赖于前后时相影像分类的正确性。因此，影像分类的正确性在整个过程中起着至关重要的作用，对分类结果应进行检查，以保证最终结果的可靠性。

五、结束语

通过以上试验可以看出，采用遥感影像变化检测技术对待更新区域进行变化检测，并根据变化检测结果确定更新方法，然后再进行地形图更新的方案是可行的。

与常规通过人工比对方式进行无针对性的全面更新相对比，基于遥感影像变化检测技术的更新较适宜作有目的的重点更新，即对影像变化检测结果进行分析，以确定更新方式及更新内容，再利用有关软件进行相应要素的更新采集。这种更新方法可以避免人工逐屏比对产生的遗漏，在一定程度上保证了更新采集的完整性、正确性。另外，对影像进行自动、半自动变化检测，根据变化检测结果直接进行更新采集，节省了人工比对发现变化的时间，提高了更新效率，可实现地形图的动态更新。

［1］ 中国国家标准化管理委员会.GB/T 14268—2008国家基本比例尺地形图更新规范［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［2］ 浙江省测绘与地理信息局.CH/T 9006—2010 1∶5 000 1∶10 000基础地理信息数字产品更新规范［S］.北京:测绘出版社，2010.

［3］ 万幼川，宋杨.基于高分辨率遥感影像分类的地图更新方法［J］.武汉大学学报:信息科学版，2005，30(2):105-109.

［4］ 申邵洪，赖祖龙，万幼川.基于融合的高分辨率遥感影像变化检测［J］.测绘通报，2009(3):16-19，23.

［5］ 姜涛，马国锐，秦前清.基于遥感影像的变化检测技术［J］.计算机应用研究，2005，22(2):255-257.