基礎(chǔ)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中遙感影像使用技巧

王 程 王 虹 雷寶佳 衛(wèi)莉娜

(1.自然資源部陜西測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站 陜西西安 710054；2.自然資源部第一地理信息制圖院 陜西西安 710054)

基礎(chǔ)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)取得的成果已在“多規(guī)合一”、城市規(guī)劃實(shí)施監(jiān)管、環(huán)境保護(hù)與治理、自然資源管理和空間用途管制等方面得到應(yīng)用，在生態(tài)文明制度建設(shè)中也發(fā)揮了不可或缺的作用[1]。正確、精準(zhǔn)的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是地理國(guó)情監(jiān)測(cè)后期統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)，也是地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果共享和應(yīng)用的前提。遙感影像作為地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中的主要參考數(shù)據(jù)源，為基礎(chǔ)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果提供了最基礎(chǔ)的保障，也是監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)的重要組成部分。遙感影像使用的正確性直接關(guān)系到地表覆蓋分類成果數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，否則會(huì)導(dǎo)致地表覆蓋數(shù)據(jù)出現(xiàn)分類錯(cuò)誤或漏更新等問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)后期統(tǒng)計(jì)分析的正確性及準(zhǔn)確性產(chǎn)生較大的影響。在2019年的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果驗(yàn)收過(guò)程中，對(duì)分類正確性的要求有了進(jìn)一步提高，將“地表覆蓋分類版本數(shù)據(jù)成果質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)”中“分類精度”的權(quán)重由0.60調(diào)整為0.75[2]，如果錯(cuò)誤使用不滿足要求的遙感影像，將會(huì)對(duì)分類精度的正確性產(chǎn)生極大的影響。本文結(jié)合2019年地理國(guó)情監(jiān)測(cè)生產(chǎn)情況，對(duì)如何正確使用遙感影像進(jìn)行深入分析，以便提供一些可借鑒的方法和思路。

1 生產(chǎn)中使用的遙感影像現(xiàn)狀及其使用難點(diǎn)

正確使用遙感影像開(kāi)展地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作，是保證地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果準(zhǔn)確性的前提，因此，遙感影像的正確選取非常重要。在實(shí)際生產(chǎn)工作中，遙感影像的正確選取及使用受遙感影像源、使用原則等多種因素的制約。

1.1 生產(chǎn)中使用的遙感影像源現(xiàn)狀

首先，遙感影像源眾多，按照不同傳感器類型分類，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中使用的遙感影像包括國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星遙感影像(資源三號(hào)、高分系列等)和國(guó)內(nèi)外商業(yè)衛(wèi)星遙感影像(北京二號(hào)、吉林一號(hào)、QuickBird、WorldView-1)等；其次，遙感影像獲取途徑多樣，包括地理國(guó)情監(jiān)測(cè)項(xiàng)目統(tǒng)一下發(fā)的遙感影像資料及各級(jí)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)任務(wù)承擔(dān)單位協(xié)同收集到的遙感影像資料等；再次，遙感影像獲取時(shí)相范圍廣，涵蓋了2019年第一季度、第二季度、第三季度獲取的各類遙感影像；最后，遙感影像分辨率多樣，主要包括優(yōu)于2.5 m分辨率及優(yōu)于1 m分辨率的遙感影像，如北京二號(hào)衛(wèi)星全色遙感影像為0.8 m分辨率、高分一號(hào)衛(wèi)星全色遙感影像為2 m分辨率等。

此外，部分區(qū)域的一些遙感影像受到天氣等因素的影響，云雪覆蓋嚴(yán)重，導(dǎo)致無(wú)法使用。

1.2 遙感影像使用難點(diǎn)

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中所使用的遙感影像源多樣而且復(fù)雜，在使用中存在以下難點(diǎn)：

1)遙感影像獲取周期較長(zhǎng)。按照《2019年全國(guó)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)實(shí)施方案》的要求，遙感影像總體上按6月底之前、7月底之前和8月31日前3個(gè)階段提供保障。由于有些區(qū)域受環(huán)境氣候等因素的影響，前期遙感影像推送的少，造成覆蓋率較低，而后期又集中推送多景遙感影像，導(dǎo)致同一區(qū)域不同傳感器類型獲取的遙感影像重疊；其次，遙感影像分3個(gè)階段多批次推送，周期較長(zhǎng)。因此，在選擇遙感影像時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)選取遺漏或選擇錯(cuò)誤的情況。

2)遙感影像使用原則復(fù)雜。遙感影像使用要求不僅對(duì)主遙感影像和補(bǔ)充遙感影像的使用作了詳細(xì)的規(guī)定，還對(duì)不同分區(qū)、不同地區(qū)遙感影像的使用原則進(jìn)行了細(xì)化。根據(jù)地表地物變化特征的不同，以及人口、經(jīng)濟(jì)、保護(hù)與開(kāi)發(fā)建設(shè)等因素，把全國(guó)分為4類區(qū)域，一、二類分區(qū)類型主要是城鎮(zhèn)及周邊區(qū)域，三、四類分區(qū)類型主要是鄉(xiāng)村區(qū)域、保護(hù)區(qū)等禁止開(kāi)發(fā)地區(qū)和人煙稀少地區(qū)。從2019年遙感影像使用原則來(lái)看，對(duì)三、四類分區(qū)類型遙感影像的使用要求愈發(fā)嚴(yán)格。按照GQJC 01—2019《基礎(chǔ)性地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)技術(shù)規(guī)定》的要求，對(duì)于三、四類分區(qū)類型選擇的遙感影像在滿足要求的情況下(第二季度2.5 m分辨率遙感影像)，還需要考慮遙感影像的下發(fā)批次及其獲取的月份等因素，并結(jié)合前一季度的高分遙感影像進(jìn)行使用。

3)生產(chǎn)過(guò)程中作業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)遙感影像使用原則理解的程度不一致，也是導(dǎo)致錯(cuò)誤使用遙感影像的一個(gè)重要原因。

2 遙感影像使用情況分析及使用技巧

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，遙感影像的選擇大多還是采用人工選擇的方式。人工選擇受區(qū)域的分區(qū)類型，遙感影像下發(fā)周期、批次，遙感影像源，以及作業(yè)人員對(duì)遙感影像使用原則理解的程度、經(jīng)驗(yàn)等多個(gè)因素的影響，主觀判斷因素比較大，錯(cuò)誤使用遙感影像的情況時(shí)有發(fā)生。本文根據(jù)遙感影像的使用原則，結(jié)合分區(qū)類型，考慮遙感影像分辨率、時(shí)相和遙感影像下發(fā)批次這3個(gè)影響因子(見(jiàn)圖1)，對(duì)遙感影像正確使用情況進(jìn)行分析，列出正確使用遙感影像情況的對(duì)照表，便于分析總結(jié)遙感影像正確使用的技巧。

圖1 影響遙感影像正確使用的影響因子Fig.1 Influencing Factors Affecting the Correct Use of Remote Sensing Images

2.1 遙感影像使用情況分析

不同分區(qū)類型的遙感影像使用原則不同，因此遙感影像的分辨率、時(shí)相和下發(fā)批次這3個(gè)影響因子的影響程度也不同。

1)對(duì)于一、二類分區(qū)類型，遙感影像分辨率的要求高(優(yōu)于1 m)，因此，遙感影像分辨率影響的權(quán)重較大；對(duì)于三、四類分區(qū)類型，遙感影像分辨率的要求不高(優(yōu)于2.5 m即可)，但是，當(dāng)同時(shí)存在時(shí)相為二季度優(yōu)于2.5 m分辨率和非二季度優(yōu)于1 m分辨率的遙感影像時(shí)，需要結(jié)合高分辨率遙感影像來(lái)使用。而在遙感影像使用過(guò)程中，遙感影像分辨率又存在僅有優(yōu)于1 m分辨率遙感影像、僅有優(yōu)于2.5 m分辨率遙感影像、優(yōu)于1 m分辨率遙感影像與優(yōu)于2.5 m分辨率遙感影像共存3種組合情況。

2)時(shí)相作為另一個(gè)重要的遙感影像正確使用的影響因子，存在以下7種不同的組合情況：僅有第一季度遙感影像，僅有第二季度遙感影像，僅有第三季度遙感影像，第一季度和第二季度遙感影像共存，第一季度和第三季度遙感影像共存，第二季度和第三季度遙感影像共存，第一季度、第二季度和第三季度遙感影像共存。

3)遙感影像下發(fā)批次對(duì)遙感影像使用也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，也是一個(gè)重要的遙感影像正確使用的影響因子。遙感影像下發(fā)批次存在很大的不確定性，例如，下發(fā)周期的長(zhǎng)短、批次間的間隔不一致等，因此遙感影像下發(fā)批次也影響遙感影像的正確使用。以某單位2019年下發(fā)遙感影像為例，從5月24日至9月6日，共收到下發(fā)的18個(gè)批次2 009景遙感影像，且遙感影像下發(fā)時(shí)間間隔也不一致，導(dǎo)致遙感影像不能按正常順序使用。

另外，在使用遙感影像時(shí)，在不同的分區(qū)類型中3個(gè)影響因子并不是同時(shí)存在，各影響因子的不同組合就會(huì)產(chǎn)生不同的遙感影像使用組合。根據(jù)不同分區(qū)類型，以及遙感影像的分辨率、時(shí)相及下發(fā)批次，會(huì)存在許多種遙感影像使用組合，即使是一種遙感影像使用組合(同一分類類型+同一遙感影像分辨率+同一時(shí)相)也會(huì)產(chǎn)生多種遙感影像使用組合，因此，遙感影像的正確使用情況存在上百種可能性。

2.2 遙感影像使用技巧

為了正確選擇使用遙感影像，本文針對(duì)2019年地理國(guó)情監(jiān)測(cè)生產(chǎn)情況，對(duì)遙感影像正確使用情況進(jìn)行了梳理，列出了一、二類分區(qū)類型和三、四類分區(qū)類型僅存在優(yōu)于1 m分辨率遙感影像或僅存2.5 m分辨率遙感影像時(shí)，在不同時(shí)相組合中，正確使用遙感影像情況的對(duì)照表，見(jiàn)表1。根據(jù)分區(qū)類型，參考遙感影像正確使用情況對(duì)照表，針對(duì)區(qū)域的遙感影像特征，選出正確的主遙感影像和補(bǔ)充遙感影像，便于開(kāi)展地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作。

表1 部分遙感影像正確使用情況對(duì)照Tab.1 Comparison of Correct Use of Remote Sensing Images 分區(qū)類型分辨率時(shí)相遙感影像正確使用情況一、二類分區(qū)類型優(yōu)于1 m一季度一、二季度共存一、二、三季度共存 時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(主) 二季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(主) 一季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(主)+ 二季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(補(bǔ)充)(主遙感影像批次必須早于補(bǔ)充遙感影像批次) 二季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(主) 一季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(主)+ 二季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(補(bǔ)充)(主遙感影像批次必須早于補(bǔ)充遙感影像批次) 三季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(主)+ 二季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(補(bǔ)充)(主遙感影像批次必須早于補(bǔ)充遙感影像批次)三、四類分區(qū)類型優(yōu)于2.5 m二季度一、二季度共存一、二、三季度共存 時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(主) 二季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(主) 一季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(主)+ 二季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(補(bǔ)充)(主遙感影像批次必須早于補(bǔ)充遙感影像批次) 二季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(主) 一季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(主)+ 二季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(補(bǔ)充)(主遙感影像批次必須早于補(bǔ)充遙感影像批次) 三季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(主)+ 二季度時(shí)相最新或批次最早的次新遙感影像(補(bǔ)充)(主遙感影像批次必須早于補(bǔ)充遙感影像批次)

本文通過(guò)對(duì)遙感影像正確使用情況對(duì)照表進(jìn)行分析，總結(jié)了幾點(diǎn)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中遙感影像正確使用的技巧。

1)對(duì)于一、二類分區(qū)類型：

① 存在二季度優(yōu)于1 m分辨率的遙感影像必須使用，作為主遙感影像或補(bǔ)充遙感影像；

② 無(wú)二季度優(yōu)于1 m分辨率遙感影像，存在優(yōu)于1 m分辨率的遙感影像必須使用，其中一季度優(yōu)于1 m分辨率的遙感影像較三季度優(yōu)于1 m分辨率的遙感影像優(yōu)先使用；

③ 無(wú)優(yōu)于1 m分辨率遙感影像，二季度遙感影像必須使用；

④ 同季度同分辨率遙感影像必須首先使用時(shí)相最新遙感影像，其次才能使用批次最早的次新遙感影像。

2)對(duì)于三、四類分區(qū)類型：

① 時(shí)相為二季度優(yōu)于2.5 m分辨率遙感影像與非二季度優(yōu)于1 m分辨率遙感影像共存情況下，必須結(jié)合使用。對(duì)于同批次遙感影像，若時(shí)相不超過(guò)3個(gè)月，應(yīng)以高分辨率遙感影像為主遙感影像；對(duì)于非同批次遙感影像，則應(yīng)以批次最早的遙感影像作為主遙感影像。

② 若遙感影像的時(shí)相、分辨率等不是二季度優(yōu)于2.5 m分辨率遙感影像與非二季度優(yōu)于1 m分辨率遙感影像共存的情況，必須使用二季度遙感影像，若無(wú)二季度遙感影像，則必須將時(shí)相最新與優(yōu)于1 m 分辨率遙感影像結(jié)合使用。

③ 對(duì)于同季度、同分辨率遙感影像，首先必須使用時(shí)相最新遙感影像，其次使用批次最早的次新遙感影像。

3 結(jié) 語(yǔ)

受到遙感影像源多樣、遙感影像下發(fā)周期長(zhǎng)、批次多，以及作業(yè)人員對(duì)遙感影像使用原則的理解程度不同等因素的影響，基礎(chǔ)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)開(kāi)展過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤使用遙感影像的情況，而錯(cuò)誤使用遙感影像則會(huì)影響成果數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性和地物分類的準(zhǔn)確性，進(jìn)而對(duì)基礎(chǔ)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)后期的統(tǒng)計(jì)分析產(chǎn)生一定的影響。本文結(jié)合分區(qū)類型及遙感影像的分辨率、時(shí)相和遙感影像下發(fā)批次等影響因子，對(duì)遙感影像正確使用情況進(jìn)行分析，列出正確使用遙感影像情況的對(duì)照表，通過(guò)分析總結(jié)了遙感影像正確使用的技巧，對(duì)基礎(chǔ)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中快速準(zhǔn)確地選擇遙感影像，提供一定的參考和幫助。