本文選題：地表覆蓋更新 + 變化檢測　； 參考：《武漢大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：地表覆蓋數(shù)據(jù)是全球變化研究、地理國情普查和生態(tài)資源管理等工作的重要基礎(chǔ)信息。自然和人為因素的影響使地表覆蓋不斷發(fā)生著變化,因此地表覆蓋數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性是衡量其使用價值的重要標(biāo)志之一。變化檢測是地表覆蓋更新的關(guān)鍵技術(shù),目前已有多種變化檢測算法,如變化向量分析法、差值法、相關(guān)系數(shù)法和夾角余弦法等,但是這些算法大多從量值的角度進行變化檢測,容易受多種因素的干擾產(chǎn)生偽變化。本文從光譜(或NDVI)曲線形狀的角度出發(fā),利用斜率描述光譜(或NDVI)的曲線形狀,通過斜率計算將變化檢測轉(zhuǎn)化到斜率空間,基于斜率差異進行變化檢測,本文的主要研究包括以下四個方法方面： (1)描述了地表覆蓋及變化的概念和重要性,在對全球尺度和區(qū)域尺度地表覆蓋制圖產(chǎn)品分析的基礎(chǔ)上,指出變化檢測是目前地表覆蓋更新的主要手段。評述國內(nèi)外變化檢測的研究現(xiàn)狀,分析目前變化檢測存在的主要問題,即容易受非地表覆蓋變化因素的影響產(chǎn)生偽變化。根據(jù)偽變化產(chǎn)生的原因,將其分為隨機干擾因素造成的偽變化和季相差異因素造成的偽變化兩類。針對變化檢測存在的問題,提出本文的研究思路,并對本文章節(jié)安排進行介紹。 (2)針對隨機干擾因素產(chǎn)生的偽變化問題,提出了基于光譜斜率差異的變化檢測方法(Spectral gradient difference, SGD)。為了定量化描述Landsat光譜曲線的形狀,對光譜斜率進行定義和計算,比較不同時期光譜曲線的斜率差異得到變化強度影像,利用雙窗口變步長方法設(shè)置閾值,確定變化區(qū)域。針對變化區(qū)域,從斜率走勢和量值兩方面構(gòu)建SGD鏈模型,描述不同變化類型的光譜斜率變化規(guī)律,組建變化規(guī)律知識庫,通過變化像素的鏈和知識庫的匹配確定出變化類型。最后,基于模擬實驗和Landsat影像實驗對變化檢測算法進行驗證,并和傳統(tǒng)的變化檢測方法進行精度對比。 (3)針對季相周期因素造成的偽變化問題,提出了基于NDVI斜率差異的變化檢測方法(NDVI gradient difference, NDVI-GD)。通過Landsat和MODIS數(shù)據(jù)融合生成30米的NDVI斜率數(shù)據(jù),利用NDVI斜率描述地物NDVI曲線的宏觀走勢,揭示地物的生長周期,通過比較NDVI斜率差異檢測變化區(qū)域。在變化區(qū)域確定方面,基于斜率特征和季相特征構(gòu)建NDVI斜率鏈,用以刻畫地物間變化的季相周期規(guī)律,通過變化像素和鏈模型知識庫的匹配確定變化類型。最后,利用陜西省禮泉縣兩期不同季相的影像進行NDVI-GD變化檢測實驗,通過實驗證明了NDVI-GD能有效解決季相差異造成的偽變化問題。 (4)在上述研究內(nèi)容的基礎(chǔ)上,針對大范圍地表覆蓋類型多樣且偽變化情況復(fù)雜的問題,提出了基于SGD和NDVI-GD的綜合變化檢測方法,以陜西省為實驗區(qū)域,根據(jù)每景影像獲取時間在季節(jié)上的差異,選取相應(yīng)的變化檢測方法,最后將陜西省2000基準(zhǔn)年的地表覆蓋數(shù)據(jù)更新到2010基準(zhǔn)年。
[Abstract]:Surface cover data is an important basic information for the research of global change, the survey of geographical conditions and the management of ecological resources. The influence of natural and human factors makes the surface cover change constantly. Therefore, the present situation of surface cover data is one of the important indicators to measure its use value. Change detection is the key technology of surface cover renewal. At present, there are many change detection algorithms, such as change vector analysis method, difference method, correlation coefficient method and angle cosine method, etc. It is easy to be disturbed by many factors to produce false changes. In this paper, from the point of view of the shape of the spectral (or NDVI) curve, the slope is used to describe the curve shape of the spectrum (or NDVI), the change detection is transformed into slope space by slope calculation, and the change detection is carried out based on the slope difference. The main research contents in this paper are as follows: (1) the concept and importance of surface cover and its change are described. Based on the analysis of global and regional scale surface cover mapping products, It is pointed out that change detection is the main means of surface cover renewal at present. This paper reviews the research status of change detection at home and abroad, and analyzes the main problems existing in change detection at present, that is, it is easy to be affected by non-surface cover change factors to produce pseudo-change. According to the reasons of pseudo-variation, it can be divided into two categories: the pseudo-variation caused by random disturbance and the pseudo-variation caused by seasonal difference. In view of the problems existing in change detection, this paper puts forward the research ideas, and introduces the chapter arrangement of this paper. A method for detecting spectral slope difference based on spectral slope difference is proposed. In order to quantitatively describe the shape of the Landsat spectral curve, the spectral slope is defined and calculated, and the intensity image is obtained by comparing the slope differences of the spectral curve in different periods. The threshold value is set by using the method of variable step size of two windows to determine the region of change. In this paper, the SGD chain model is constructed from slope trend and quantity to describe the variation law of spectral slope of different change types, to establish the knowledge base of variation law, and to determine the change type by matching the chain and knowledge base of changing pixels. Finally, based on the simulation experiment and Landsat image experiment, the change detection algorithm is verified, and compared with the traditional change detection method. A method of NDVI gradient difference detection based on slope difference is proposed. Landsat and MODIS data are combined to generate 30 meters of NDVI slope data. NDVI slope is used to describe the macroscopic trend of NDVI curve of ground objects, and the growth cycle of ground objects is revealed. The variation regions of NDVI slope difference detection are compared. The slope chain of NDVI is constructed based on slope feature and seasonal feature to describe the seasonal periodic law of the change of ground objects. The change type is determined by matching the changing pixels and the chain model knowledge base. Finally, the NDVI-GD change detection experiment is carried out by using the images of different seasons in Liquan County, Shaanxi Province. It is proved that NDVI-GD can effectively solve the problem of pseudo-variation caused by seasonal phase difference. In order to solve the problem of diverse cover types and complex pseudo-variation in large scale, a comprehensive change detection method based on SGD and NDVI-GD is put forward. Taking Shaanxi Province as the experimental area, according to the seasonal difference of the acquisition time of each scene image, The corresponding change detection method is selected and the surface cover data of 2000 base year in Shaanxi Province are updated to 2010 base year.
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P237

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本文編號：2020066