浅析内蒙古地区遥感影像解译样本采集

□ 吴长俊 刘清田 杨少愚

（黑龙江第二测绘工程院，黑龙江哈尔滨150025）

引言

遥感影像解译是对地理环境的正确认知，是保证解译结果正确的基本前提。利用具有对照关系的地面照片和遥感影像为主的解译样本数据，可以为遥感影像解译者建立对相关地域的正确认识提供支持，也可在解译结果的质量控制方面发挥重要作用,同时也为长期监测积累实地参考资料。

1.地区特点与样本制作的前期准备

1.1 内蒙古地貌特征

内蒙古自治区疆域辽阔，地跨中国东北、华北、西北地区，东起东经126度29分，西至东经97度10分，北起北纬53度20分，南至北纬37度20分，是我国跨经度最大的省级行政区，东西直线距离为2400多公里，南北跨度为1700多公里。内蒙古的地形以高原为主，地势平坦，东有大兴安岭，南有阴山、贺兰山；该区由于降水较少，气候干燥，上游河流稀少而其流程一般都较短，且多为内流河，仅有黄河上游的下段流经本区，西有弱水；该区气候属典型的温带大陆性气候，冬季严寒夏季炎热，年降水在400mm以下且集中在夏季，由于全年降水较少，由东向西减少，气候干燥，呈现出草原-荒漠草原-荒漠的植被景观。

1.2 相机的选取以及遥感影像的准备

相机采用35mm等效焦距且应优先选则支持在照片EXIF信息中自动记录相机姿态参数和相机成像参数信息的照相机，其它属性信息由人工记录到手簿上。本次样本采集选用的照相机型号为：NIKONAW110。

影像应选取经过正射处理、每景有一定重叠的影像且相互间可完全覆盖此次样本采集地区。对于卫片，优先选取融合影像，其次选取多光谱影像，如果没有多光谱影像，则选择全色影像。由于融合影像所需的存储数据量过大，所以本次样本制作采用以多光谱影像为主，将所选影像导入平板电脑中，结合外业巡查系统进行样本的采集和制作。为保证样本采集的准确度和工作效率，应提前对样本采集区域地物的分布情况进行判读，设计好地面照片拍摄时的大致路线并大致确定拍摄位置，对特殊地物进行有针对性的样本拍摄。

2.遥感影像样本数据概述

2.1 解译样本数据内容

遥感解译样本数据包含两类，一是地面照片，二是遥感影像实例数据。两类数据分别从不同的侧面反映地物影像形态特征，起到相互印证的作用。采集的地面照片需充分保证样本的典型性，每一个样本都应能够代表所属的该类覆盖类型，反映该类型的总体特征，或者突出反映该类型某一方面的特征。对于一般地区普遍采用一对一关系（一张地面照片只对应一幅遥感影像实例）和一对多关系（一张地面照片对应多张不同类型或时相的遥感影像实例）；而针对一些地物复杂的地区难以用一张照片全面反映其特征，可采用多对一关系或多对多关系。在拥有多种遥感影像时，应尽量采用一对多关系或多对多关系进行样本的制作，从而获取地物对应影像中的更多纹理特征信息以指导地表覆盖监督分类。同种地物在不同影像类型、不同分辨率、不同时相下所反映出的纹理特征均有所不同。

不同类型：针对不同类型影像下的同种地物，纹理略有所不同。如图1所示，左为WorldView2多光谱影像，右为ZY3多光谱影像。

不同时相：由于季节不同所产生的一些非人为的地物变化（如植被、时令湖泊等）从而出现遥感影像地物纹理的不同。如图2所示，左影像时相为2011年7月，右影像时相为2012年4月。

不同分辨率：遥感影像实例数据制作时应优先使用分辨率较高的多光谱影像，如该区域没有多光谱影像则采用高分辨率的全色影像。

2.2 拍摄地面照片时应注意的事项

需在卫星信号稳定后开始拍照，拍照前打开电子罗盘，拍摄时应尽可能水平持握相机，使其保持正常姿态。特殊情况下相机的俯仰角或横滚角大于10度以上时需记录其值。拍摄主体要突出且主体部分不应有冗余物体出现：如工作人员及车辆、拍摄者的人影、手指等。相机中的自带功能信息不能出现在照片中。地面照片尽可能使用精细模式保存，总像素应在200万像素以上。样本拍摄时应尽可能保证拍摄地点与所拍摄目标距离不超过200米，对于山地等一些难以到达的地区，只能通过远距离拍摄，如果距离超过200米时需进行记录。拍摄完成后需及

时查看照片质量，如出现照片模糊、逆光较为严重、拍摄时未水平持握相机等现象，需根据实地情况调整拍摄角度、位置重新拍照。

图1 不同类型影像下的高覆盖度草地Fig.1 High coverage grassland in different types of images

图2 WorldView2多光谱影像在不同季节下拍摄的高覆盖度草地Fig.2 High coverage grassland in WorldView2 images in different seasons

2.3 遥感解译样本库的制作流程

针对此次内蒙古测区的遥感解译样本库的制作，主要是利用由黑龙江地理信息局第二测绘工程院自主研发的国情检测数字调绘核查系统软件通过人工交互式操作完成的。

遥感解译样本的制作通过实地拍摄的照片进行遥感影像裁切，裁切为长宽511×511像素大小的高分辨率遥感影像。对于远距离拍摄的地面照片，如果无法将拍摄点和拍摄的主体地物同时置于511×511像素大小的遥感影像范围内，可以将裁切范围扩展至1023×1023。拍摄点位置标绘和地面照片视野范围标绘可根据实际需要进行，不做强制要求。

通过国情检测数字调绘核查系统软件中的创建样本库功能将每天拍摄的照片根据照片信息中自带的经纬度坐标等信息自动生成样本库，不同投影带下的照片应分别存放，分别设置投影坐标系建库，并在样本库中录入样本的覆盖类型并进行描述。发现问题时及时返回实地进行核实或补拍照片，最后需要将每天生成的样本库合并成为一个总库。不同投影带的样本库进行合库前需仔细核对裁切影像的XML投影文件是否正确以及进行样本库备份。

3.解译样本采集的分析及技巧

3.1 针对内蒙古特点进行解译样本制作分析

内蒙古阿拉善盟内存在部分灌木与草地混合共生的情况，稀疏灌丛和草地难以区分，这种样本算做草地即可，如果是人工种植用于防风固沙作用的，则归为固沙灌草。此种灌草在沙漠化较为严重的地区比较普遍，且与自然生长的灌木林难以区分。固沙灌草一般成排种植在山坡上，每排之间会有一定的间距，从影像上看到的纹理应是较为整齐规则的,如图3（a）所示。有些区域存在许多干涸床及冲沟，其内部地物覆盖分类较为复杂：灌木分布生长情况多样化、沙质地表与砾石地表分界在影像中难以区分。此时需要刻意针对这些地物多采集一些样本，在可到达区域内沙质地表与砾石地表分界处分别拍摄样本以做参照对比，从而更加容易准确的推出那些不可到达地区的地表覆盖情况。对于沙漠中心区域的地物也需要拍摄一定的样本，其中沙漠内的湖泊是十分具有典型性的，但大多都难以到达，这时应选则从沙漠景区入口处雇佣专业的司机及车辆进入沙漠，如巴丹吉林沙漠风景区。通过遥感影像拟定好大致路线，对沙漠内部的植被、湖泊等地物进行样本的采集制作，如图3（b）所示。

内蒙古河套地区，灌区每到秋季庄家收割完后，要往旱地内灌水养墒，准备春天种地，这时候拍摄耕地的样本反映的是水田或者坑塘较多，此时应选取拍摄时间较为接近的遥感影像来制作样本，保证地面照片与遥感影像实例的一致性；对于在耕地中种植苗圃、其它园地、果园等在影像中极难区分的情况，应仔细辨认确保无误的情况下才可用作解译样本。样本的采集最好选在植物的生长季（4-9月），可较好的反映出植被的真实分布情况。

图3 地面照片和遥感影像对应关系图Fig.3 Correspondence between ground photos and remote sensing images

3.2 总结

遥感解译样本数据可以指导自动分类和人工解译，根据图像特征来识别它们所代表的地物。地面照片可以有计划拍摄，也可是无计划拍摄，两种方式应有机结合。样本采集人员需要有较强的无计划拍摄意识，碰到典型类型，应及时拍摄采样。做到对所有要求识别的地表覆盖类型开展样本采集，保证每种类型的数量达到数据规定中的要求，对于难以到达的特殊困难地区，每种覆盖类型采样点数量一般不少于3个，对于图斑数很少（100个以下）且图斑总面积很小的覆盖类型，若具有典型性也必须至少采集1个样点。重点针对影像中不易识别或容易产生异议的图斑进行现场核实并拍摄样本。如季相差别较大，需确保通过照片反应出的地物或覆盖状态与影像上判别出的一致，否则不应作为样本保留，照片如果依据样本使人误解的地表覆盖是不合适作为解译样本的。样本的采集制作应优先选取分辨率高、时相接近植物生长季、现势性新且无云雪覆盖的影像。

4.样本质量的控制

为确保样本点数据的质量，拍摄点位置定位精度应控制在15米以内，照片方位角的精度应在5度以内。由于有些地方存在信号干扰以及地物遮挡等外在因素导致定位点不准，以及对植被、园地等地物的判别不准导致拍摄照片与地物描述不一致的情况，可能会对后期的人工解译带来误导，因此这样的样本需要从样本库中修改或删除，因此样本点采集以后的编辑整理和质量检查显得尤为重要。对样本库的检查主要有3个方面：

1）检查地面照片中所拍摄的主体地物与样本描述是否一致：

照片主体要清晰，突出地物、植被等覆盖类型的局部或总体特征，可准确分析判断出覆盖类型到三级类。样点所在位置要描述清楚、合理，道路两侧的样本要准确描述出所在道路的编码等级。

2）检查照片信息中的经纬度坐标、方位角是否正确：

通过照片中反映出的地物信息、相对关系、拍照时的焦距，核对照片的位置是否正确；对于地物稀少通过照片不易判断位置的样本，可通过照片中地物的影子根据所拍摄的时间大致推算出照片的拍摄方向，再通过样本采集人员的配合来判别方位角的准确性。

3）对样本库的库体进行检查：

检查文件格式与命名是否正确，遥感影像实例属性信息是否符合采集要求，遥感影像解译样本数据库结构是否符合数据规定的标准。核对样本库中的照片、裁切后的遥感影像名称是否正确，个数是否与Access数据库文件中相一致。

5.结束语

此次遥感影像解译样本的采集只针对内蒙古地区所采用的做法，是严格依照《遥感影像解译样本数据技术规定》执行的。其中对一些特殊地物的样本分析、注意事项以及质量控制方面的做法，希望能够给予其他地区所承担地理国情普查的人员提供参考与帮助。

【1】国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室.GDPJ 06-2013遥感影像解译样本数据技术规定[G].北京:国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室，2013.

【2】国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室.GDPJ 01-2013地理国情普查内容与指标[G].北京:国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室，2013.

【3】国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室.GDPJ 05-2013数字正射影像生产技术规定[G].北京:国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室，2013.

【4】闻静.传统遥感影像的分类[J].测绘与空间地理信息，2012，35（10）：118-120.