Question

遥感地学动态分析的内容和工作程序

Answer 1

(一)遥感地学动态分析的任务、要求

多时相遥感资料地学动态分析,从根本上讲,是利用具有时间系列(不同时相)的遥感信息研究地球表面物质与能量的迁移规律及发展趋势。不同类型的地学动态分析企求达到的目标和宜采用的遥感手段及时相可以是千差万别的,但基本的任务、要求却是相似的,至少都要包括以下三项内容:

1.快速检测出变化迹象信息。这是实现地学动态分析的前提。作为发展趋势和奋斗目标是实现地学动态的实时监测;

2.给出动态变化的量值,包括每个时段内的变化量。通过具体的数据和图件,提供定量化的概念;同时,还必须做到能方便地对原有数据实现更新;

3.查明变化轨迹,总结变化规律,包括建立相应的地学的或数学的模型,乃至“再现”演变模式,预测未来的发展趋势。

(二)遥感地学动态分析的工作程序

从上述三项基本任务可见,遥感地学动态分析不仅首先要解决多时相遥感资料的来源和应用问题,还必须有相应的地学资料配合。其中,像变化迹象信息的检测、数据更新等,尤需已有的地学信息数据库的支持。因此,多时相遥感资料地学动态分析常常是与地理信息系统(GIS)紧密配合进行的,故通常采用图10-1所示的基本工作程序。总体上可划归为:①多时相遥感图像的选择;②图像的配准复合;③动态变化信息的检测和提取三个主要的工作环节。其中,图像的配准复合是多时相遥感地学动态分析赖以进行的基础,也是关键性的工作环节,但它的方法原理在第四章和第十一章作介绍,故这里不再赘述。下面仅对①、③两个环节作简要分析。

图10-1 多时相遥感资料地学动态分析基本工作程序

(三)多时相遥感图像的选择

遥感发展到今天,每个地区都可能有许多不同遥感器在不同时间摄制的遥感图像。随着时间的推移,时相将越来越丰富。因此,任何一项遥感地学动态分析任务首先遇到的就是如何选择满足任务要求的合适时相的遥感图像。

一般来说,时相的选择应按照具体的动态对象和期望目标,综合考虑时间分辨率、空间分辨率和波谱分辨率三项指标。例如,对于大尺度、快速变化的对象(台风、大范围洪涝灾害等),可主要采用空间分辨率低,但时间分辨率高的气象卫星图像;对中小尺度、变化并不很快,但要求较精确量值的对象(如土地利用、水土流失、河口三角洲伸展、城市扩展等等),则多采用资源卫星系列的图像(如TM、SPOT),有时还需要较大比例尺的航空像片作补充;有些动态对象,尤其涉及水体、植被者,需从不同波段的图像上获得不同内容的动态(如水陆界线和泥沙扩散),此时波谱分辨率(波段)也是必须考虑的选择因素。

在上述三项指标中,时间分辨率无疑是首选指标。不同遥感器的时间分辨率可参见第三章中的有关部分。这里要指出的是,由于天气条件、成像系统的工作状态、地面站的接受与存储条件等各种因素的影响,常出现遥感器虽过境但并无遥感数据的传输和记录的情况,因此其时间分辨率只是表明最大可能的时相频率;另一方面,实际工作中,不同时相可取自不同遥感器的图像,各自有不同的时间分辨率,但常常也不是各自时间分辨率的叠加。总之,时间分辨率与时相频率并不是一回事,在时相选择时很大程度上取决于当时实际有的时相资料,而不单单是时间分辨率。

(四)动态变化信息的检测与提取

地学动态分析的中心工作就是发现和检测出动态变化的事实,分析它的演进过程和预测它的未来趋势。从遥感图像上检测出地学动态信息一般有两个途径:

一是利用动态变化的“遗迹”,即历史分析法。例如,利用废弃河床、牛轭湖、迂回扇、决口扇等古河道形迹,分析平原河流改道迁徙的动态过程;根据海蚀崖、海蚀穴、海蚀平台以及贝壳堤、滨海扇、滨海湖沼洼地、古海塘等古海岸遗迹,推断海岸变迁;其他,如古湖泊、古冰川、古滑坡、古洪积扇,以及洪水淹没痕迹等等。在遥感图像上根据色调、阴影、几何形态和纹理结构、地貌表现等标志去一一进行判读,通过不同时相影像的目视解译编图,便能获得系统的动态变化信息及演变过程。

二是采用图像处理的影像相减法,获得差值图像,检测出单因素(专题)的动态变化信息。最简单的做法是将两个时相的原图像(数据)直接相减,对零值、正值、负值分别进行编码,进而作变化信息的显示和提取。但由于遥感影像数据受环境因素(如成像时刻的气象条件、地面的水份湿度、植物生长状况等)的影响甚大,即使两个时相的季节相同,也会因此而呈现不同的亮度水准。故采用原图像直接相减会包含有相当程度的伪变化信息。解决的办法,一是先对两个时相的图像作分类处理,然后再相减,即类后相减。由于此时的检测误差是两个分类图像误差之和,所以要求分类图像本身有较高的分类精度;另一是分别对检测对象作专题提取图,然后相减。由于背景被简化归并,目标突出,故可明显改善检测精度。影像相减法比较适用于背景条件简单、短—中时间尺度、且要求有具体变化量值的动态对象,如洪水淹没损失、水土流失程度、土地利用现状、城市扩展、林火过火面积等等。

最后,作为完整的地学动态分析,特别是在已建有地学信息数据库和空间信息系统的情况下,除上述三个工作环节外,还应包含数据更新的工作程序。一般来说,一个完善的空间信息系统均设计有数据更新的功能,并建立有与遥感数据沟通的接口。多时相遥感资料地学动态分析为建立地学数据的时间序列和快速、及时地实现地学数据的更新提供了方便和十分有利的条件。