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面向地理国情监测的道路和水系信息提取与分析

任毅  
【摘要】:地理国情,作为我国重要的基本国情已在社会经济发展、城镇化建设中扮演着重要角色并发生了巨大变化;加强地理国情监测已成为我国测绘事业发展新目标。地理国情监测通过对地理国情要素进行动态监测与统计分析,得到反映地理国情要素空间分布及其演变特征的统计分析成果。道路和水系作为两大重要地理国情要素,动态监测其空间分布和变化频率等具有重要意义。随着遥感技术的发展,高分辨率遥感影像为我们获取数据提供了技术支撑。本文以2012年万州城区WordViewⅡ高分辨率遥感影像为数据源,采用五个实验区分别用于研究水系、公路、城市道路、乡村道路、铁路提取。并进行基于面向对象的道路和水系提取、基于像元的监督分类道路和水系提取以及基于ArcGIS空间分析的道路提取实验。最后,在道路和水系信息提取基础上,开展了基于地理国情监测的道路和水系信息统计分析工作;本文经实验研究得到了以下具有参考意义的结论: ①本文以eCognition软件为研究平台,分别采用多尺度分割、四叉树分割、棋盘分割对实验区一中的水系进行分割;并采用准确度、遗漏误差、冗余误差精度指标对水系分割质量进行评定。研究表明实验区一中采用多尺度分割得到水系分割的准确度、遗漏误差、冗余误差最高分别为99.66%、0.34%、3.16%;优于四叉树分割和棋盘分割。 ②前面实验表明多尺度分割算法是生成影像对象较优算法;本文采用基于异质性最小的多尺度分割算法对实验区一,二,三,四,五进行多次分割实验,分别得到相应实验区中水系、公路、城市道路、乡村道路、铁路的最优分割尺度为90,80,70,100,100。 ③在道路和水系最优分割尺度基础上,采用基于eCognition的隶属函数法分别对实验区一和实验区二进行水系和公路提取;并采用混淆矩阵精度评定方法对实验区一和实验区二分类结果进行精度评定。实验表明:实验区一总体分类精度和总Kappa系数分别为87.21%,0.8198;水体的用户精度,生产者精度,Kappa系数分别为81.25%,81.25%,0.7899。实验区二总体分类精度和总Kappa系数分别84.10%,0.7824;高速公路的用户精度、生产者精度、Kappa系数分别为:92.11%,85.37%,0.8410。 ④同时,本文对实验区一、二、三、四、五进行了基于面向对象的道路和水系提取和基于像元的监督分类道路和水系提取实验。并对实验区二、三、四、五进行基于ArcGIS空间分析的道路提取实验;利用Wiedamann提出的完全率、正确率、提取质量评价指标对三种方法提取质量效果进行评价并提出本文适合万州城区统计分析的道路和水系提取方法。通过实验研究表明: 1)基于面向对象的道路和水系提取其处理单位是影像对象,相比基于像元的道路和水系提取;能有效利用高分辨率遥感影像中道路和水系空间、上下文、语义等关系,且能很大程度克服高分辨遥感影像中“同物异谱”和“同谱异物”等现象,具有提取速度快、精度高、自动化程度高等特点。 2)当遥感影像中道路空间关系复杂且存在其他影响因子(如:建筑物、阴影、车辆等)时,本文提出了基于ArcGIS空间分析的道路提取方法;实验表明该方法效果显著,具有提取道路速度较快、自动化程度较高、精度高等特点。 ⑤本文在提取2012年万州城区道路和水系信息基础上;以万州11个街道区划为统计单元,开展了基于地理国情监测的道路和水系信息的基本统计和综合统计工作。实验统计了2012年万州街道区划内道路和水系基本统计和综合统计等指标;并得到了反映道路和水系空间分布特征的统计图表,专题图等统计成果。 ⑥最后,本文在2012年万州街道区划道路和水系的基本统计,综合统计基础上;结合2003年万州街道区划道路和水系历史专题数据;计算了2003至2012年万州街道区划内道路用地扩张速度和强度,长江流域面积扩张速度等地理国情指数;并得到相应统计分析成果。通过对道路和长江流域水系分析评价,很好地揭示了2003至2012年万州街道区划道路用地和长江流域面积时空演变特征。


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