基于Landsat 7 ETM+Pan全色数据的城市建筑物信息提取及其与SPOT Pan全色数据的比较研究

【摘要】：目前的众多遥感卫星,如SPOT,IKONOS,Landsat等,在获取多光谱图像的同时,也可以同时获取全色图像。尽管全色图像空间分辨率更高,具有丰富的纹理和结构信息,但相比多光谱图像而言,其光谱分辨率很底,因而目前还更多地用于目视解译和与多光谱图像的信息融合处理中,直接从全色图像中提取较高分辨率的地表信息的研究还相对较少。Landsat-7 ETM+数据是目前及今后我国遥感用户使用最多的遥感数据源之一,但当前众多的应用还主要集中对其多光谱数据的使用上,对具有较高空间分辨率和丰富纹理和结构信息的Landsat-7 ETM+Pan全色数据的开发利用还比较薄弱。城市建筑物是非常重要的一种地表覆盖类型,及时准确的城市建筑物信息对于城市规划布局和城市自然灾害防治具有重要意义。因此,本文以2001年4月北京幅Landsat-7 ETM+Pan全色数据为例。首先探讨直接利用其较为丰富的纹理和结构信息,提取区域尺度的城市建筑物信息的基本方法,然后将其结果与同时相SPOT Pan全色数据城市建筑物信息提取结果进行对比分析,讨论利用更为便宜的Landsat 7 ETM+全色图像在一定程度上替代较为昂贵的SPOT Pan全色图像进行区域尺度的城市建筑物信息提取的可能性。本文主要进行了四个步骤的工作。第一步采用灰阶共生矩阵(GLCM)的方法,提取了ETM+Pan全色影像中的均值、熵等8种纹理特征,利用监督分类在最大似然法支持下提取了低层(1～2层)和高层(3层以上)城市建筑物信息并进行精度评价,从而寻找出相同窗口下分类精度最高的纹理信息组合。第二步在分类精度最高的纹理信息组合下,讨论了不同窗口(3*3、5*5、7*7、9*9)变化下提取的纹理信息对最终分类精度的影响。第三步在最佳窗口最佳纹理信息组合的情况下,复合结构信息来提取区域尺度的北京城市建筑物信息。最后将Landsat 7 ETM+全色图像的建筑物信息提取结果与同时相SPOT Pan全色图像在相同方法下提取的建筑物信息结果进行对比研究,探讨利用Landsat 7 ETM+全色图像替代SPOT Pan全色图像提取城市建筑物信息的可能性。基本结论如下: ●利用单层纹理特征的信息提取结果差于多层纹理信息复合后的提取结果,而多层纹理信息复合结构信息的提取效果最好。在3*3窗口下的均值+熵+边缘结构的城市建筑物信息提取效果最佳,总精度达到了73.33%。●不同窗口大小下的纹理特征组合信息提取精度也不同。3*3(45m*45m)窗口下的纹理特征组合效果最好,随着窗口的增大,信息提取精度降低。●在最佳窗口最佳纹理特征组合下利用Landsat 7 ETM+全色图像和同时相SPOT Pan全色图像提取的低层(1～2层)和高层(3层以上)城市建筑物信息精度差别并不十分明显,精度都在70%以上,这表明了高空间分辨率Landsat 7 ETM+全色图像在区域尺度城市建筑物信息提取中的巨大潜力,同时也说明了更为便宜的Landsat 7 ETM+全色图像在一定程度上对较为昂贵的SPOT Pan全色图像的替代作用。