基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，公開了一種基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法，包含以下步驟：A.利用來自衛(wèi)星的多時(shí)相數(shù)據(jù)計(jì)算土地的歸一化植被指數(shù)NDVI值；B.根據(jù)NDVI值按預(yù)知土地分類基準(zhǔn)數(shù)據(jù)對土地進(jìn)行分區(qū)分類，獲得土地初步分類表；C.利用引力模型和土地初步分類表，對土地進(jìn)行精確分類，獲得土地分類結(jié)果。由于作為數(shù)據(jù)源的多時(shí)相數(shù)據(jù)具有確切的時(shí)間點(diǎn)，利用本發(fā)明實(shí)施方式中土地自動(dòng)分類方法可以通過對不同時(shí)間點(diǎn)的多時(shí)相數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得特定時(shí)相尺度上的土地自動(dòng)分類完整數(shù)據(jù)，便于土地的演化分析。
【專利說明】
基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，特別涉及基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法。
【背景技術(shù)】
[0002]土地利用和土地覆被不僅是某一地域內(nèi)人類對自然空間的利用方式，它更牽扯到全球范圍內(nèi)的自然生態(tài)環(huán)境的變化。土地利用方式變化對氣候、空氣、生物多樣性、土壤等環(huán)境因素都有著深遠(yuǎn)的影響。而在土地利用和土地覆被的變化中，人類活動(dòng)是主要的影響因素之一，特別是在社會(huì)文明飛速發(fā)展的今天，人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)在城鎮(zhèn)周邊乃至遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)的偏遠(yuǎn)郊區(qū)都起主導(dǎo)作用。
[0003]目前的土地利用和土地覆被研究主要有土地利用和土地覆被變化的驅(qū)動(dòng)因素、土地利用和土地覆被的動(dòng)態(tài)分析還有土地利用和土地覆被的變化模型這三個(gè)方面。近年來我國提出了大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展戰(zhàn)略，土地利用變化對全球氣候、地區(qū)生態(tài)環(huán)境和資源安全的影響開始受到各界的關(guān)注。
[0004]為協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，環(huán)境保護(hù)部與中國科學(xué)院于2012年啟動(dòng)了 “全國生態(tài)環(huán)境十年變化遙感調(diào)查與評估項(xiàng)目”。但其中的數(shù)據(jù)僅有2000年、2005年和2010年三年的土地生態(tài)分類數(shù)據(jù)，縱向時(shí)間上并不完整。土地分類的完整數(shù)據(jù)對于土地演化分析有著重要意義，由于現(xiàn)有土地分類成果數(shù)據(jù)在時(shí)間上較為局限，無法獲得時(shí)間上的完整數(shù)據(jù)，進(jìn)而影響土地演化分析。
[0005]另外，現(xiàn)有用于生態(tài)環(huán)境尤其是生態(tài)系統(tǒng)空間關(guān)系研究的土地分類的自動(dòng)分類工具較少，準(zhǔn)確度也不高，對土地演化分析的精準(zhǔn)度提高形成了阻礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法，使得可以在特定時(shí)相尺度上對土地進(jìn)行自動(dòng)分類，獲得完整的分類數(shù)據(jù)，便于土地的演化分析。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法，包含以下步驟:
[0008]A.利用來自衛(wèi)星的多時(shí)相數(shù)據(jù)計(jì)算土地的歸一化植被指數(shù)NDVI值；
[0009]B.根據(jù)所述NDVI值按預(yù)知土地分類基準(zhǔn)數(shù)據(jù)對土地進(jìn)行分區(qū)分類，獲得土地初步分類表；
[0010]C.利用引力模型和所述土地初步分類表，對土地進(jìn)行精確分類，獲得土地分類結(jié)果O
[0011]本發(fā)明實(shí)施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，主要區(qū)別及效果在于:對來自衛(wèi)星的多時(shí)相數(shù)據(jù)進(jìn)行影像預(yù)處理，根據(jù)預(yù)處理結(jié)果進(jìn)行土地初步分類，同時(shí)，為了消除獲得的分類結(jié)果中存在的分類沖突等誤差現(xiàn)象，進(jìn)一步結(jié)合數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)算法中的引力模型進(jìn)行消除，得到精確的土地分類。由于作為數(shù)據(jù)源的多時(shí)相數(shù)據(jù)具有確切的時(shí)間點(diǎn)，利用本發(fā)明實(shí)施方式中土地自動(dòng)分類方法可以通過不同時(shí)間點(diǎn)的多時(shí)相數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得特定時(shí)相尺度上的土地自動(dòng)分類完整數(shù)據(jù)，便于土地的演化分析。
[0012]作為進(jìn)一步改進(jìn)，在所述步驟C之后，還包含以下步驟:D.對土地分類表進(jìn)行游標(biāo)逼近算法，確定土地分類。
[0013]利用游標(biāo)逼近算法可以進(jìn)一步對分類結(jié)果中可能存在的交叉結(jié)果進(jìn)行精確逼近，進(jìn)一步消除分類結(jié)果中可能存在的二義性，提高土地自動(dòng)分類的精度。
[0014]作為進(jìn)一步改進(jìn)，在所述步驟B之前，還包含以下步驟:
[0015]利用來自衛(wèi)星的多時(shí)相數(shù)據(jù)計(jì)算土地的歸一化水體指數(shù)NDWI值；
[0016]在所述步驟B中，利用所述NDWI值修正NDVI值，根據(jù)修正后的NDVI值對土地進(jìn)行分類，獲得土地初步分類表。
[0017]利用NDWI值可以消除NDVI值中無法區(qū)分云層與雪地的局限性，排除云層和雪地對土地分類結(jié)果的影像，進(jìn)一步提高土地自動(dòng)分類的精度。
[0018]作為進(jìn)一步改進(jìn)，在所述步驟B之前，還包含以下步驟:
[0019]根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間起末節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算土地分類的差異區(qū)域；
[0020]在所述步驟B中，利用對差異區(qū)域的土地的分類結(jié)果，獲得土地初步分類表。
[0021]為避免計(jì)算大量重復(fù)數(shù)據(jù)，引入預(yù)設(shè)的起末節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，僅對起末節(jié)點(diǎn)間的差異區(qū)域進(jìn)行土地自動(dòng)分類，縮小需要自動(dòng)分類的土地區(qū)域，大大加快了本發(fā)明實(shí)施方式中的土地自動(dòng)分類方法的分類速度。
[0022]作為進(jìn)一步改進(jìn)，在所述根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間起末節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算土地分類的差異區(qū)域的步驟后，并在所述步驟B之前，包含以下步驟:
[0023]對所述NDVI值進(jìn)行卷積運(yùn)算；
[0024]在所述步驟B之中，根據(jù)所述進(jìn)行卷積運(yùn)算后的NDVI值對差異區(qū)域的土地進(jìn)行分類，獲得土地初步分類表。
[0025]由于作為數(shù)據(jù)源的衛(wèi)星數(shù)據(jù)與起末節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)間可能存在空間位移，所以利用卷積運(yùn)算可以在精度要求不是很高的空間分辨率下消除上述空間位移造成的數(shù)據(jù)偏差。
[0026]作為進(jìn)一步改進(jìn)，在所述步驟C之后，還包含以下步驟:根據(jù)預(yù)設(shè)的融解規(guī)則對所述土地分類結(jié)果進(jìn)行融解運(yùn)算。
[0027]利用融解運(yùn)算可以消除土地自動(dòng)分類結(jié)果中的噪點(diǎn)，也可以提高分類結(jié)果的整合度，進(jìn)一步利于土地分類結(jié)果的應(yīng)用。
[0028]作為進(jìn)一步改進(jìn)，根據(jù)迭代方式更新所述多時(shí)相數(shù)據(jù)，并重復(fù)步驟A至C，獲得土地分類演化數(shù)據(jù)。
[0029]利用迭代算法，進(jìn)一步對土地的時(shí)相進(jìn)行自動(dòng)化分類，獲得整體時(shí)間上的土地分類表。
【附圖說明】
[0030]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法流程圖；
[0031]圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法中融解前的分類結(jié)果圖像仿真圖；
[0032]圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法中融解后的分類結(jié)果圖像仿真圖；
[0033]圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式中基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法流程圖；
[0034]圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式中基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法中土地S的差異區(qū)域示意圖；
[0035]圖6是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式中基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實(shí)施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。
[0037]本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及一種基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法，其流程如圖1所示，具體如下:
[0038]步驟101，利用來自衛(wèi)星的多時(shí)相數(shù)據(jù)計(jì)算土地的歸一化植被指數(shù)NDVI值。
[0039]具體的說，本實(shí)施方式中的數(shù)據(jù)源，也就是衛(wèi)星的多時(shí)相數(shù)據(jù)可以為衛(wèi)星的遙感影像數(shù)據(jù)。本實(shí)施方式中的衛(wèi)星可以采用LandSat5衛(wèi)星、LandSat7衛(wèi)星和LandSat8衛(wèi)星三顆衛(wèi)星的遙感影像圖片。
[0040]本發(fā)明發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于時(shí)相遙感數(shù)據(jù)是本實(shí)施方式中的數(shù)據(jù)源，本實(shí)施方式中土地自動(dòng)分類結(jié)果的正確、分類方法的高效運(yùn)行需要大量高質(zhì)量的影像數(shù)據(jù)，因此對時(shí)相數(shù)據(jù)的來源也有較高的要求。如空間分辨率高、影像獲取時(shí)間跨度大，時(shí)間分辨率高，云量少等等。比如，為盡量減少云層對影像數(shù)據(jù)的影像，可以選擇云量在5%以下的圖像數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源。綜合以上幾點(diǎn)要求，本實(shí)施方式中選擇Landsat系列衛(wèi)星作為本實(shí)施方式中時(shí)相遙感數(shù)據(jù)的主要來源。美國NASA的陸地衛(wèi)星(Landsat)計(jì)劃，從1972年7月23日以來，已發(fā)射8顆(第6顆發(fā)射失敗)。目前Landsatl-4均相繼失效，Landsat 5仍在超期運(yùn)行(從1984年3月I日發(fā)射至今)。Landsat 7于1999年4月15日發(fā)射升空。Landsat8于2013年2月11日發(fā)射升空，經(jīng)過100天測試運(yùn)行后開始獲取影像。Landsat系列衛(wèi)星可以提供自上世紀(jì)80年代至今的遙感影像圖片，而且其遙感影像數(shù)據(jù)可以免費(fèi)下載，降低了系統(tǒng)應(yīng)用成本。
[0041]需要說明的是，由于同一土地不同季節(jié)的NDVI值差別較大，所以本實(shí)施方式中選用的多時(shí)相數(shù)據(jù)可以盡量分布在不同季節(jié)，以此增加本發(fā)明實(shí)施方式中土地自動(dòng)分類的準(zhǔn)確性。
[0042]此外，值得一提的是，在實(shí)際應(yīng)用中，除了 LandSat系列衛(wèi)星外，還可以使用其他衛(wèi)星，雖然LandSat衛(wèi)星的影像數(shù)據(jù)可以基本滿足本實(shí)施方式中土地自動(dòng)分類方法的需求，但是其30米的分辨率、時(shí)相分布的不均衡還是會(huì)限制到分類結(jié)果的質(zhì)量和應(yīng)用范圍。擴(kuò)展遙感數(shù)據(jù)即是為了提升這方面的短板，采用更高遙感分辨率、更高光譜分辨率的影像，如來自HJ-1A/B衛(wèi)星、SPOT 5/6衛(wèi)星、MODIS衛(wèi)星和GF-2衛(wèi)星的影像數(shù)據(jù)，對運(yùn)算成果進(jìn)行修正，從而提高成品的精確度。這些衛(wèi)星的數(shù)據(jù)更加豐富，可以進(jìn)一步增加本實(shí)施方式中土地自動(dòng)分類的準(zhǔn)確性。
[0043]當(dāng)然，應(yīng)用中也可以根據(jù)實(shí)際需求選擇不同的衛(wèi)星組合，如選擇以下之一或其任意組合的衛(wèi)星數(shù)據(jù):LandSat5衛(wèi)星、LandSat7衛(wèi)星、LandSat8衛(wèi)星、HJ-1A/B衛(wèi)星、SPOT 5/6衛(wèi)星和GF-2衛(wèi)星。同時(shí)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知，如果數(shù)據(jù)源越多，也就是利用的衛(wèi)星越多，雖然會(huì)提高計(jì)算的復(fù)雜度，但也可以大大增加土地自動(dòng)分類的準(zhǔn)確性，使得本發(fā)明可以根據(jù)用戶的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)不同的衛(wèi)星組合，靈活多變地適應(yīng)不同的應(yīng)用場景，拓展本發(fā)明的應(yīng)用范圍。
[0044]還需說明的是，數(shù)據(jù)源在進(jìn)行NDVI計(jì)算前，還可以進(jìn)行輻射校正或幾何校正，其中，輻射校正又包括輻射定標(biāo)與大氣校正，將影像的數(shù)值轉(zhuǎn)換為地表反射率，并消除大氣對光線傳輸造成的影響。幾何校正可以消除影像獲取時(shí)由于傳感器姿態(tài)、速度和地球自轉(zhuǎn)而造成的影像畸變和幾何誤差。通過一系列的預(yù)處理，可以進(jìn)一步增加本實(shí)施方式中土地自動(dòng)分類方法的準(zhǔn)確性。
[0045]另外，在進(jìn)行NDVI值計(jì)算時(shí)，為簡化計(jì)算，可以將圖像中的柵格區(qū)域轉(zhuǎn)換為點(diǎn)陣矢量數(shù)據(jù)。同時(shí)，為了加快運(yùn)算速度，可以將NDVI中的數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類，重分類指的是將原有[_1，1]區(qū)間內(nèi)的float型數(shù)據(jù)，按等比例間隔原則轉(zhuǎn)換成運(yùn)算速度更快的[0，255]區(qū)間的int型數(shù)據(jù)。每一個(gè)柵格的中心生成一個(gè)點(diǎn)，其屬性值等于原演變柵格的Value值(即經(jīng)過重分類的NDVI值)。
[0046]步驟102，根據(jù)NDVI值對土地進(jìn)行分類，獲得土地初步分類表。
[0047]具體的說，NDVI,即歸一化植被指數(shù)，用于檢測植被生長狀態(tài)、植被覆蓋度等要素。不同地物的NDVI值也不盡相同，如水體、云層、冰雪等呈現(xiàn)負(fù)值；建筑物、裸地等地物的NDVI值在O附近；有植被覆蓋的區(qū)域NDVI呈現(xiàn)正值，其大小與植被的密度和生長情況有關(guān)。利用這一特點(diǎn)，即可根據(jù)NDVI值進(jìn)行土地利用類型的分類，也就是進(jìn)行本實(shí)施方式中的土地自動(dòng)分類，進(jìn)而獲得土地初步分類表。
[0048]更具體的說，本實(shí)施方式中是根據(jù)NDVI值按預(yù)知土地分類基準(zhǔn)數(shù)據(jù)對土地進(jìn)行分區(qū)分類，也就是說，NDVI值和土地初步分類表中土地類型的對應(yīng)關(guān)系可以來自已知的土地分類影像。其中，對已有土地利用分類結(jié)果的影像進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將他們每一地類的屬性值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出每一地類的NDVI屬性值的最小值、最大值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、中位數(shù)、眾數(shù)等值。如，計(jì)算出“水田”地類對應(yīng)的NDVI值的最小值、最大值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、中位數(shù)、眾數(shù)等值。根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，對于每一種地類，都可以得出一個(gè)該地類屬性值大小的分布范圍，若一個(gè)未知地類的點(diǎn)的屬性值落在某地類A的屬性范圍內(nèi)，則可認(rèn)為這個(gè)未知點(diǎn)的地類為A。
[0049]需要說明的是，本實(shí)施方式可以進(jìn)一步優(yōu)化，在利用NDVI值進(jìn)行土地分類前，還可以計(jì)算NDWI (即歸一化水體指數(shù)，用于提取遙感影像中的水體信息)值，并利用NDWI值對NDVI值進(jìn)行修正，再利用修正后的NDVI值對土地進(jìn)行分類，獲得土地初步分類表。由于NDVI值具有無法將云層與雪地區(qū)分開來的缺陷，將NDWI和NDVI兩指數(shù)結(jié)合，可以將云層與水體區(qū)分開，從而排除云層和水體或雪地對土地利用分類的影響。
[0050]步驟103，利用引力模型和土地初步分類表，對土地進(jìn)行精確分類，獲得土地分類結(jié)果。
[0051]具體的說，在步驟102中獲得的土地初步分類表中，不同地類的屬性值范圍可能有重疊的部分，亦有某些屬性值在任何一個(gè)地類屬性范圍之外的情況。這時(shí)，使用引力模型進(jìn)行分類。參考萬有引力公式，計(jì)算相鄰的或者相互重疊的地類范圍對需要分類的目標(biāo)點(diǎn)的屬性值的影響度，目標(biāo)點(diǎn)的地類由對其影響較大的地類決定。最終自動(dòng)得到土地利用分類成果。
[0052]步驟104，對土地分類表進(jìn)行游標(biāo)逼近算法，確定土地分類。
[0053]具體的說，利用游標(biāo)逼近算法可以進(jìn)一步對分類結(jié)果中可能存在的交叉結(jié)果進(jìn)行精確逼近，進(jìn)一步消除分類結(jié)果中可能存在的二義性，提高土地自動(dòng)分類的精度。
[0054]值得一提的是，在實(shí)際應(yīng)用中，交叉結(jié)果可能不存在，也就是本步驟104可以省略。
[0055]步驟105，根據(jù)預(yù)設(shè)的融解規(guī)則對土地分類結(jié)果進(jìn)行融解運(yùn)算。
[0056]具體的說，在步驟103或步驟104得出的分類結(jié)果中，可能會(huì)有零散的地類點(diǎn)，面積很小且與周圍土地利用類型均不同。這樣的點(diǎn)可能是由于用于分類的影像屬性值處于兩種地類的過渡區(qū)而令分類工具產(chǎn)生了歧義。通過圖斑融合功能可以將這樣的小圖斑去除并自動(dòng)根據(jù)周圍地類進(jìn)行分類，美化成品圖的同時(shí)也減少了錯(cuò)誤率。如圖2所示的融解前的分類結(jié)果圖像，如圖3所示的融解后的分類結(jié)果圖像，通過圖2和圖3的比較可以發(fā)現(xiàn)，利用融解運(yùn)算可以消除土地自動(dòng)分類結(jié)果中的噪點(diǎn)，也可以提高分類結(jié)果的整合度，同時(shí)進(jìn)一步利于土地分類結(jié)果的應(yīng)用。
[0057]值得一提的是，融解規(guī)則可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置，比如以九宮格的圖塊為例，可以設(shè)置僅融解九宮格中心圖塊與周圍圖塊不同時(shí)的情況，也可以融解九宮格中任意相鄰的兩塊與其他圖塊不同時(shí)的情況，還可以設(shè)置為其他情況，在此不再一一列舉。
[0058]本實(shí)施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，對來自衛(wèi)星的多時(shí)相數(shù)據(jù)進(jìn)行影像預(yù)處理，根據(jù)預(yù)處理結(jié)果進(jìn)行土地初步分類，同時(shí)，為了消除獲得的分類結(jié)果中存在的分類沖突等誤差現(xiàn)象，進(jìn)一步結(jié)合數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)算法中的引力模型進(jìn)行消除，得到精確的土地分類。由于作為數(shù)據(jù)源的多時(shí)相數(shù)據(jù)具有確切的時(shí)間點(diǎn)，利用本發(fā)明實(shí)施方式中土地自動(dòng)分類方法可以通過不同時(shí)間點(diǎn)的多時(shí)相數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得特定時(shí)相尺度上的土地自動(dòng)分類完整數(shù)據(jù)，便于土地的演化分析。綜上，本實(shí)施方式以已知的土地利用分類影像為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，結(jié)合遙感技術(shù)、GIS(Geographic Informat1n Systems，地理信息系統(tǒng))技術(shù)和統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)理論，可以實(shí)現(xiàn)對相同地區(qū)的自動(dòng)土地利用分類。
[0059]本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及一種基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法。第二實(shí)施方式是在第一實(shí)施方式上的做的進(jìn)一步改進(jìn)，主要改進(jìn)之處在于:在第一實(shí)施方式中，對數(shù)據(jù)源所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行土地分類計(jì)算。而在本發(fā)明第二實(shí)施方式中，根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間起末節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算土地分類的差異區(qū)域，并僅對差異區(qū)域的土地進(jìn)行分類。減少了無差異區(qū)域的土地分類運(yùn)算，大大加快了本實(shí)施方式中的土地自動(dòng)分類方法的分類速度。
[0060]本實(shí)施方式中的方法流程如圖4所示，具體如下:
[0061]步驟401，根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間起末節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算土地分類的差異區(qū)域。
[0062]具體的說，本實(shí)施方式中預(yù)設(shè)的時(shí)間起末節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)可以來自中國地理數(shù)據(jù)云的中國生態(tài)環(huán)境十年變化評估數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。為優(yōu)化工具的運(yùn)算效率，避免重復(fù)工作，本自動(dòng)土地分類方法在分類之前會(huì)使用期末點(diǎn)數(shù)據(jù)得出差異區(qū)域。即得出兩控制節(jié)點(diǎn)年份之間土地利用類型發(fā)生變化的部分，將發(fā)生變化的部分導(dǎo)出為演變運(yùn)算區(qū)域，反之不發(fā)生的變化則默認(rèn)在需要運(yùn)算的年份內(nèi)也沒有變化。如在現(xiàn)有的2000年、2005年或2010年的數(shù)據(jù)中，利用2000年和2005年作為兩個(gè)控制節(jié)點(diǎn)(即預(yù)設(shè)的時(shí)間起末節(jié)點(diǎn))，2000年的數(shù)據(jù)作為起始點(diǎn)，利用2005年的數(shù)據(jù)作為結(jié)束點(diǎn)，計(jì)算出2000年數(shù)據(jù)和2005年數(shù)據(jù)中的差異數(shù)據(jù)(如圖5所示，圖中土地S中的黑色斑塊即為計(jì)算得到的差異區(qū)域)，可見，差異區(qū)域僅占總區(qū)域的一小部分，與對所有區(qū)域進(jìn)行土地分類相比，僅對差異區(qū)域進(jìn)行土地分類顯然會(huì)大大降低運(yùn)算量，從而加快土地分類速度。
[0063]值得一提的是，預(yù)設(shè)的起末節(jié)點(diǎn)除了利用上述提到的中國地理數(shù)據(jù)云的中國生態(tài)環(huán)境十年變化評估數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，還可以來自其他可以提供起末節(jié)點(diǎn)時(shí)相數(shù)據(jù)的土地分類數(shù)據(jù)庫，在此不再一一列舉。
[0064]步驟402與第一實(shí)施方式中的步驟101大致相同，在此不再贅述。
[0065]步驟403，根據(jù)對差異區(qū)域的土地的分類結(jié)果，獲得土地初步分類表。
[0066]也就是說，利用根據(jù)NDVI值對差異區(qū)域的土地的分類結(jié)果，獲得土地初步分類表。需要說明的是，在本步驟中，由于默認(rèn)非差異區(qū)域部分的土地分類無變化，在對差異區(qū)域的土地分類后，將其結(jié)果疊加已知分類結(jié)果中非差異區(qū)域的部分，也就可以得到總的土地初步分類表了。
[0067]值得一提的是，本步驟前還可以預(yù)先對NDVI值進(jìn)行卷積運(yùn)算，再根據(jù)進(jìn)行卷積運(yùn)算后的NDVI值對差異區(qū)域的土地進(jìn)行分類，獲得土地初步分類表。由于作為數(shù)據(jù)源的衛(wèi)星數(shù)據(jù)與起末節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)間可能存在空間位移，所以利用卷積運(yùn)算可以消除上述空間位移造成的數(shù)據(jù)偏差。
[0068]本步驟中具體的分類方法和第一實(shí)施方式中的步驟102相類似，在此不再贅述。
[0069]步驟404至步驟406和第一實(shí)施方式中的步驟103至步驟105相類似，在此不再贅述。
[0070]本實(shí)施方式中的土地自動(dòng)分類方法為避免計(jì)算大量重復(fù)數(shù)據(jù)，引入預(yù)設(shè)的起末節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，僅對起末節(jié)點(diǎn)間的差異區(qū)域進(jìn)行土地自動(dòng)分類，起末節(jié)點(diǎn)間沒有差異的土地分類，即可認(rèn)為是中間也沒有變化，則不需重復(fù)計(jì)算分類，大大加快了本發(fā)明實(shí)施方式中的土地自動(dòng)分類方法的分類速度。
[0071]本發(fā)明的第三實(shí)施方式涉及一種基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法。第三實(shí)施方式是在第一實(shí)施方式上的做的進(jìn)一步改進(jìn)，主要改進(jìn)之處在于:在第一實(shí)施方式中，僅得到一個(gè)最終的土地分類結(jié)果；而本實(shí)施方式中，可以利用迭代方式更新多時(shí)相數(shù)據(jù)，再通過重復(fù)土地自動(dòng)分類方法，獲得土地分類演化數(shù)據(jù)。利用迭代算法，進(jìn)一步對土地的時(shí)相進(jìn)行自動(dòng)化分類，獲得整體時(shí)間上的土地分類表。
[0072]本實(shí)施方式中的土地自動(dòng)分類方法流程如圖6所示，具體如下:
[0073]步驟601至步驟605與第一實(shí)施方式中的步驟101至步驟105大致相同，在此不再贅述。
[0074]步驟606，判斷迭代算法是否完畢；若是，則結(jié)束本實(shí)施方式中的土地自動(dòng)分類方法；若否，則執(zhí)行步驟607。
[0075]具體的說，在應(yīng)用中可以根據(jù)需要設(shè)定迭代算法的次數(shù)，如3次等。
[0076]步驟607，更新多時(shí)相數(shù)據(jù)；繼而返回步驟601。
[0077]比如說，在第一次運(yùn)算時(shí)，利用2002年全年的多時(shí)相數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行土地自動(dòng)分類，在步驟605中得到2002年的土地自動(dòng)分類結(jié)果。根據(jù)需要，可以設(shè)置更新數(shù)據(jù)為下一年，如將多時(shí)相數(shù)據(jù)更新為2003年全年的多時(shí)相數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，之后再次執(zhí)行步驟601至步驟605，此時(shí)獲得2003年的土地自動(dòng)分類結(jié)果，之后可以循環(huán)執(zhí)行，再得到2004年的土地自動(dòng)分類結(jié)果。本實(shí)施方式中循環(huán)三次即可得到2002年至2004年三年的自動(dòng)分類結(jié)果，匯總后即成為2002年至2004年的土地分類演化數(shù)據(jù)。
[0078]此外，本實(shí)施方式也可以進(jìn)一步優(yōu)化，僅對預(yù)設(shè)的起末節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)中差異區(qū)域的土地進(jìn)行分類，那么在迭代方式中，更新的數(shù)據(jù)就不僅是多時(shí)相數(shù)據(jù)，還需要更新起末節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，如初始的起末節(jié)點(diǎn)為2000年和2005年，多時(shí)相數(shù)據(jù)為2001年，在第一次執(zhí)行完畢后獲得2001年的土地自動(dòng)分類結(jié)果，在執(zhí)行下一次土地自動(dòng)分類時(shí)，需要獲得2002年的土地自動(dòng)分類結(jié)果，那么除了將多時(shí)相數(shù)據(jù)更新為2002年的數(shù)據(jù)，還需要把起末節(jié)點(diǎn)改為2001年和2005年，依次類推。
[0079]上面各種方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實(shí)現(xiàn)時(shí)可以合并為一個(gè)步驟或者對某些步驟進(jìn)行拆分，分解為多個(gè)步驟，只要包含相同的邏輯關(guān)系，都在本專利的保護(hù)范圍內(nèi)；對算法中或者流程中添加無關(guān)緊要的修改或者引入無關(guān)緊要的設(shè)計(jì)，但不改變其算法和流程的核心設(shè)計(jì)都在該專利的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0080]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實(shí)施方式是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體實(shí)施例，而在實(shí)際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法，其特征在于，包含以下步驟: A.利用來自衛(wèi)星的多時(shí)相數(shù)據(jù)計(jì)算土地的歸一化植被指數(shù)NDVI值； B.根據(jù)所述NDVI值按預(yù)知土地分類基準(zhǔn)數(shù)據(jù)對土地進(jìn)行分區(qū)分類，獲得土地初步分類表； C.利用引力模型和所述土地初步分類表，對土地進(jìn)行精確分類，獲得土地分類結(jié)果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法，其特征在于，在所述步驟C之后，還包含以下步驟: D.對土地分類表進(jìn)行游標(biāo)逼近算法，確定土地分類。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法，其特征在于，在所述步驟B之前，還包含以下步驟: 利用來自衛(wèi)星的多時(shí)相數(shù)據(jù)計(jì)算土地的歸一化水體指數(shù)NDWI值； 在所述步驟B中，利用所述NDWI值修正NDVI值，根據(jù)修正后的NDVI值對土地進(jìn)行分類，獲得土地初步分類表。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法，其特征在于，在所述步驟B之前，還包含以下步驟: 根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間起末節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算土地分類的差異區(qū)域； 在所述步驟B中，利用對差異區(qū)域的土地的分類結(jié)果，獲得土地初步分類表。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法，其特征在于，在所述根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間起末節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算土地分類的差異區(qū)域的步驟后，并在所述步驟B之前，包含以下步驟: 對所述NDVI值進(jìn)行卷積運(yùn)算； 在所述步驟B之中，根據(jù)所述進(jìn)行卷積運(yùn)算后的NDVI值對差異區(qū)域的土地進(jìn)行分類，獲得土地初步分類表。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的時(shí)間起末節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)來自中國地理數(shù)據(jù)云的中國生態(tài)環(huán)境十年變化評估數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法，其特征在于，在所述步驟C之后，還包含以下步驟: 根據(jù)預(yù)設(shè)的融解規(guī)則對所述土地分類結(jié)果進(jìn)行融解運(yùn)算。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法，其特征在于，根據(jù)迭代方式更新所述多時(shí)相數(shù)據(jù)，并重復(fù)步驟A至C，獲得土地分類演化數(shù)據(jù)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法，其特征在于，所述衛(wèi)星的多時(shí)相數(shù)據(jù)為衛(wèi)星的遙感影像數(shù)據(jù)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源多時(shí)相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的土地自動(dòng)分類方法，其特征在于，所述衛(wèi)星為以下之一或其任意組合: LandSat5 衛(wèi)星、LandSat7 衛(wèi)星、LandSat8 衛(wèi)星、HJ-1A/B 衛(wèi)星、SPOT 5/6 衛(wèi)星和 GF-2衛(wèi)星。
【文檔編號】G06K9/62GK105825222SQ201510007315
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年1月7日
【發(fā)明人】王偉, 金陶陶, 趙越, 凌煥然, 魯逸
【申請人】王偉, 金陶陶, 趙越, 凌煥然, 魯逸