基于中分辨率遙感影像的地表覆蓋分類數(shù)據(jù)精度評定方法研究

曹偉超 吳孝軍 陳陽 張瑾

摘 ?要：地表覆蓋分類數(shù)據(jù)是地理國（?。┣槠詹槌晒麛?shù)據(jù)的重要內(nèi)容，文章以四川省地理省情監(jiān)測地表覆蓋分類數(shù)據(jù)為例，通過在選取抽樣縣域、布設抽樣點以及精度評定各檢查工序所的技術方法，實現(xiàn)了對基于中分辨率遙感影像獲取的地表覆蓋分類數(shù)據(jù)成果的精度評定。

關鍵詞：遙感影像;地理國（?。┣楸O(jiān)測;地表覆蓋分類;精度評定

中圖分類號：P208 ? ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）19-0150-03

Abstract： The land cover classification data is an important part of the national （provincial） geographic conditions census data. This paper takes the land cover classification data from the provincial geographic conditions monitoring data in Sichuan province as an example， based on the technical methods constructed by selecting sampling counties， sets sampling points， and assesses the accuracy of each inspection process， thus realizing the accuracy evaluation of the results of land cover classification data acquisition based on medium-resolution remote sensing images.

Keywords： remote sensing images; national （provincial） geographic conditions monitoring; land cover classification; accuracy evaluation

1 概述

地理國情普查是獲取國情國力信息的重要手段，是掌握自然資源、生態(tài)環(huán)境以及人類活動基本情況的綜合性、基礎性工作。其目的是全面獲取各類地理國情信息，并進行綜合統(tǒng)計分析，揭示經(jīng)濟社會發(fā)展和自然資源環(huán)境的空間分布及內(nèi)在關系，實現(xiàn)地理國情信息對政府、企業(yè)和公眾的服務。

地理國情普查及監(jiān)測數(shù)據(jù)是制定和實施國家發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃、優(yōu)化國土空間開發(fā)格局和各類資源配置的重要依據(jù)，是推進生態(tài)環(huán)境保護、建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的重要支撐，是做好防災減災工作和應急保障服務的重要保障，也是相關行業(yè)開展調(diào)查統(tǒng)計工作的重要數(shù)據(jù)基礎。

地表覆蓋分類數(shù)據(jù)是地理國情普查和監(jiān)測成果數(shù)據(jù)的重要內(nèi)容，是開展普查數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和應用的基礎性數(shù)據(jù)。不同于第一次全國地理國情普查，四川省地理省情監(jiān)測是基于15米分辨率的ETM影像采集的地表覆蓋分類數(shù)據(jù)。地表覆蓋分類數(shù)據(jù)成果精度包含數(shù)學精度和分類精度兩個方面，通過分析判斷地表覆蓋分類圖斑與所使用遙感影像的套合程度來判定其數(shù)學精度，同時以圖斑地類判讀正確性來判定其分類精度，兩者綜合進而判定數(shù)據(jù)的成果精度。該方法對于以高分遙感影像為數(shù)據(jù)源獲取的地表覆蓋數(shù)據(jù)成果精度判定是沒有問題的，但由于數(shù)據(jù)生產(chǎn)采用技術方法的不同和影像可識別性較差等原因[1]，在對基于中低分辨率遙感影像采集的地表覆蓋分類數(shù)據(jù)進行精度判定時存在不足，不能準確評定其成果精度。

本文以四川省作為研究區(qū)，以基于2014-2015年15米分辨率的ETM影像獲取的全省地表覆蓋數(shù)據(jù)作為精度評定對象，選取抽樣區(qū)域，構建相應的成果精度評定方法，實現(xiàn)對基于中分遙感影像的四川省地表覆蓋分類數(shù)據(jù)精度評定。

2 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)

文章以四川省作為研究區(qū)域，位于中國西南地區(qū)內(nèi)陸，界于北緯26°03′～34°19′，東經(jīng)97°21′～108°12′之間，總面積48.6萬平方公里，轄18個地級市、3個自治州。四川地形分為四川盆地、川西高原和川西南山地三大地形區(qū)，地勢西高東低，由西北向東南傾斜。地形復雜多樣，東部為四川盆地及盆緣山地，西部為川西高原及川西南山地。四川省地處中緯度亞熱帶地區(qū)，具有氣候類型多、山地氣候垂直差異大、季風氣候明顯、季節(jié)氣候區(qū)域特色鮮明和氣象災害種類多的特點。

地表覆蓋分類數(shù)據(jù)是本文的主要研究內(nèi)容和對象，高分辨衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)、遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)成果精度評定的主要依據(jù)，以上數(shù)據(jù)均來自于四川測繪地理信息局基礎地理信息中心;ETM影像數(shù)據(jù)是地表覆蓋分類數(shù)據(jù)生產(chǎn)的主要數(shù)據(jù)源，來自于中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺（http：//www.gscloud.cn/sources/）;其他輔助數(shù)據(jù)包括來自于網(wǎng)絡的影像數(shù)據(jù)以及其它相關部門的專題資料。

3 研究方法

3.1 確定抽樣單元

自然因素和人文因素是造成地表覆蓋分類數(shù)據(jù)差異的主要原因，自然因素主要包括地形地貌、地表切割度、地表破碎程度以及地形起伏度等，人文因素主要包括經(jīng)濟發(fā)展程度、城市化水平、人口分布與流動以及交通通達程度等，其中以自然因素為主，人文因素為輔。

為了能夠真實反映四川省地表覆蓋分類數(shù)據(jù)的總體特征，在自然因素和人文因素中分別選取有代表性的因子作為抽樣單元確定依據(jù)，文章選取地形地貌類型和經(jīng)濟發(fā)展程度分別作為其代表性因子。具體按照5種地形地貌類型和3種經(jīng)濟發(fā)展程度，選取相應的縣級行政區(qū)劃作為抽樣單元，按照該原則共選擇了7個縣域作為抽樣單元，其空間分布如圖1所示，各抽樣單元具體特征情況見表1。

從表1可以看出，經(jīng)濟發(fā)展程度和地形地貌類型直接存在明顯的相關性，隨著地形地貌類型中的海拔越高、地形起伏越大、地表越破碎，其經(jīng)濟發(fā)展程度水平越低，反之則越高，這也與實際情況相吻合。在后文分析中，將以地形地貌類型來分析不同區(qū)域數(shù)據(jù)成果精度的差異。

3.2 抽樣點布設方案

空間合理布設的抽樣點對空間數(shù)據(jù)成果精度評價結(jié)果的影響是顯著的[2-3]，為客觀定量準確評價地表覆蓋數(shù)據(jù)的成果精度，必須在抽樣單元內(nèi)按照一定的原則合理布設抽樣點。抽樣點的布設應綜合考慮各抽樣區(qū)域的數(shù)據(jù)特征，對四川地表覆蓋分類數(shù)據(jù)來說主要需要依據(jù)圖斑密度和地類復雜程度來確定具體的抽樣點布設密度，同時要保證抽樣點在抽樣單元內(nèi)具有典型性，在抽樣單元外具有普適性。針對不同的地形地貌在抽樣單元內(nèi)分別按照1個/20km2、1個/30km2、1個/40km2、1個/80km2、1個/100km2的密度布設抽樣點，在7個抽樣單元內(nèi)共布設抽樣點655個，具體抽樣結(jié)果見表1。

3.3 精度評定與評估

結(jié)合數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式和采用的中分辨率遙感影像數(shù)據(jù)源，采用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術按照一定的規(guī)則進行隨機抽樣。

為了保證采集的樣本點能真實反映地表覆蓋類型，不能跨越兩個或兩個以上地類的分界線，即該樣本點只能反映一種地表覆蓋類型的特征，需要對空間均勻布設樣本點的位置進行預處理。預處理方法為：以樣本點周邊3個像元范圍作為樣本點圖斑，若該圖斑距相應地類邊界線位置小于3個像元，則將樣本圖斑垂直于地類邊界線向該地類范圍內(nèi)部移動直到樣本圖斑距邊界線距離達到3個像元或以上，具體抽樣節(jié)點空間分布如圖2所示。

具體成果精度評定和驗證時，以樣本點圖斑所在位置的高分辨率遙感影像、遙感影像解譯樣本、專題資料以及權威網(wǎng)絡數(shù)據(jù)等，作為判定每一個樣本點數(shù)學精度和分類精度的依據(jù)，綜合判定相互補充，判定抽樣單元中每個抽樣點圖斑的成果精度。

以抽樣點圖斑的二級類和一級類精度來綜合評定抽樣單元內(nèi)地表覆蓋分類數(shù)據(jù)的最終成果精度。以抽樣單元數(shù)據(jù)成果精度為基礎，結(jié)合全省地形地貌類型實現(xiàn)對全省數(shù)據(jù)成果精度的評估。

4 結(jié)果分析

4.1 精度評價結(jié)果

通過對各抽樣單元抽樣點地表覆蓋數(shù)學精度和分類精度的判定，各抽樣單元內(nèi)地表覆蓋分類總體精度如表2所示。

從表2可知，一級類總體精度整體上明顯優(yōu)于二級類總體精度，最大達到9個百分點，主要是由于二級類的破碎程度相較于一級類要大得多。不同的地形地貌分區(qū)內(nèi)，成果精度存在一定的差異，在一級類總體精度中，平原和丘陵-低山區(qū)精度相對比較低，均不足80%，高山區(qū)和高原區(qū)精度相對較高，最高達到93%，在二級類總體精度中同樣存在此規(guī)律。

4.2 全省總體精度評估

抽樣單元的精度評價是為了對全省地表覆蓋分類數(shù)據(jù)成果精度進行評估，由于不同地形地貌類型中成果精度存在較顯著的差異，因此在評估全省數(shù)據(jù)成果精度時，應顧及全省地形地貌類型的分布情況。根據(jù)四川省5種地形地貌類型在全省的面積占比[4]，確定各種地貌類型在全省數(shù)據(jù)成果精度評估中的權重值，以此對全省地表覆蓋數(shù)據(jù)的總體精度進行評估。具體如表3所示。

從表3可知，覆蓋四川全省的地表覆蓋分類數(shù)據(jù)成果總體精度估算值較高，不僅能夠滿足項目設計要求，也能夠滿足地理國（?。┣閿?shù)據(jù)統(tǒng)計分析與評價的要求。其一級分類數(shù)據(jù)總體估算精度超過85%，一級分類數(shù)據(jù)總體估算精度超過80%，兩者差值在4.7%，與抽樣單元間差值吻合，也從側(cè)面反映出該評估方法的可靠性。

5 結(jié)束語

文章結(jié)合數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式和采用的中分辨率遙感影像數(shù)據(jù)源特征，制定了一種大區(qū)域內(nèi)地表覆蓋數(shù)據(jù)成果精度評估方法，實現(xiàn)了對基于中分遙感影像省級區(qū)域地表覆蓋分類數(shù)據(jù)成果精度評估。具體使用時，抽樣單元的選擇應充分結(jié)合所選擇評價區(qū)域的自然和人文特點，抽樣點的布設應充分考慮數(shù)據(jù)特征;同時在最終評價總體精度時，應獲得準確的地貌分區(qū)數(shù)據(jù)，才能準確客觀的反映評價區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)的成果精度。

該方法具有一定的普適性，可為后續(xù)同類數(shù)據(jù)成果的精度評定提供參考。

參考文獻：

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