基于多尺度分割的遥感影像滨海湿地分类_费鲜芸

１ 引 言
滨海 湿 地 是 全 球 环 境 变 化 的 重 要 缓 冲 区，是 自 然界中生态系统 的 重 要 组 成。 由 于 其 资 源 丰 富，人 类对其开发强 度 不 断 增 大，生 态 功 能 日 益 退 化 。 ［１－２］ 利用遥感方法进行 滨 海 湿 地 分 类，是 滨 海 湿 地 科 学 规划和管理的前提，对湿地保护具有重要意义 。 ［３－４］
基于多尺度分割的遥感影像滨海湿地分类
费鲜芸，王 婷，魏雪丽
（淮海工学院测绘工程学院，江苏 连云港 ２２２００５）
摘要：基于多尺度的高分辨率遥感影像分类方法研究，可以为 滨 海 湿 地 动 态 监 测、规 划 保 护 提 供 更 详尽的湿地分类信息和更快速的数据获取方法，对湿地保护 具 有 重 要 意 义。 选 取 连 云 港 青 口 河 入 海口处湿地为研究区，以高分辨率遥感影像 ＷＶ－Ⅱ 和航空遥感影像为数据源，利用多尺度分割方 法将影像分割成不同层次的实体对象；在不同层次，以实 体 对 象 为 单 元，结 合 光 谱、形 状、纹 理 等 不 同 影 像 特 征 ，进 行 滨 海 湿 地 分 类 研 究 ，结 果 表 明 ：利 用 该 方 法 分 类 后 ，研 究 区 各 种 湿 地 类 型 都 达 到 较 高精度。基于多尺度分割的影像分类方法能充分利用各种影 像 特 征 完 成 湿 地 分 类，有 效 地 减 少 了 遥 感 影 像 中 的 “椒 盐 ”现 象 ，提 高 了 分 类 精 度 ；选 择 适 宜 的 分 割 尺 度 和 分 割 参 数 是 基 于 多 尺 度 分 割 的 遥感影像分类方法提高精度的前提。 关 键 词 ：高 分 辨 率 遥 感 影 像 ；滨 海 湿 地 ；多 尺 度 分 割 ；影 像 分 类 中 图 分 类 号 ：ＴＰ ７９ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００４－０３２３（２０１５）０２－０２９８－０６
河 流
光谱特征：在８个波段，光谱反射率均 为
养
最 低 ，灰 度 值 最 小 ，光 谱 特 征 明 显 。
鱼
形 状 和 纹 理 特 征 ：呈 线 性 ，长 宽 比 明 显
塘
光 谱 特 征 ：与 河 流 有 相 似 的 光 谱 特 征 ，但 各波段均比河流反射率明显高。 形 状 和 纹 理 特 征 ：形 状 规 则
收 稿 日 期 ：２０１３－１０－１２；修 订 日 期 ：２０１４－０３－１０ 基金项目：国家自然科学基金项目“基于高分辨率遥感影像的城市绿地空间分布网格评价模型”（３１０７０６２６），“高分辨率遥感影像 植 被 纹 理
特 征 对 三 维 绿 量 的 表 达 研 究 ”（３１２７０７４５），江 苏 省 第 九 批 次 “六 大 人 才 高 峰 ”项 目 ，江 苏 省 “３３３”工 程 人 才 项 目 。 作者简介：费鲜芸（１９６９－），女，山东烟台人，教授，主要从事高分辨率遥感影像植被制图方面的研究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｈｉｔｆｘｙ＠１６３．ｃｏｍ。
影像特征
类型
解译标志
影像特征
光 谱 特 征 ：比 水 域 反 射 率 明 显 高 ，比 道 路
和居民区反射 率 明 显 低，与 河 流 入 海 口
沼 泽
在第８波段有明显区别。
植 被
形 状 和 纹 理 特 征 ：形 状 不 规 则
光 谱 特 征 ：红 光 波 段 存 在 反 射 谷 ，反 射 率 低，在近 红 外 波 段 存 在 反 射 峰，反 射 率 高 ，植 被 光 谱 特 征 明 显 。 形 状 和 纹 理 特 征 ：形 状 不 规 则
影响，目前尚无普适的分类方法可用于不同地区不同 遥感影像的分 类 ，在 实 际 应 用 中 ，需 要 根 据 研 究 区 现 状 和 影 像 特 征，设 计 遥 感 影 像 分 割 参 数 和 分 类 的 流 程，完成特定研究区的湿地分类工作［１２］。
本研究利用高分辨率 ＷｏｒｌｄＶｉｅｗ－Ⅱ影像，采用 多尺度分割方法将 影 像 进 行 分 割，在 此 基 础 上 建 立 规 则 库 ，完 成 研 究 区 遥 感 湿 地 分 类 ，为 研 究 区 湿 地 信 息快速提取提供方法参考。
类型
光 滩
旱 生 植 被
表 １ 研 究 区 滨 海 湿 地 分 类 体 系 及 影 像 特 征 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｃｏａｓｔａｌ ｗｅｔｌａｎｄ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｉｍａｇｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ
解译标志
光 谱 特 征 ：与 沼 泽 植 被 光 谱 特 征 相 似 ，但
河
在近 红 外 波 段 反 射 率 明 显 低 于 沼 泽 流
入
植被。
海
形 状 和 纹 理 特 征 ：形 状 不 规 则
口
光 谱 特 征 ：与 光 滩 光 谱 特 征 相 似 ，仅 在 第 ８ 波 段 ，二 者 区 分 明 显 。 形 状 和 纹 理 特 征 ：呈 线 性 ，长 宽 比 明 显
２ 研究区及数据选择
本研究选择连云港市赣榆县南部的青口河入海 口处湿地为研究区。青口河位于江苏省连云港市赣 榆 县 境 内 ，在 赣 榆 南 部 流 经 青 口 盐 场 后 入 海 ，是 赣 榆 县的主干河道。该处湿地虽不是连云港海岸带最大 的滨海湿地，但 根 据 影 像 显 示，该 区 域 湿 地 类 型 齐 全 ，基 本 包 括 了 连 云 港 主 要 的 滨 海 湿 地 类 型 ，是 连 云 港湿地的重要组 成 部 分。 目 前，该 区 域 尚 处 于 自 然
第２期 费鲜芸等：基于多尺度分割的遥感影像滨海湿地分类 ２ ９９
状 态 ，政 府 对 其 管 理 措 施 几 乎 空 白 ，加 强 其 遥 感 分 类 研 究 工 作 ，对 连 云 港 湿 地 保 护 具 有 重 要 意 义 。
本研究选 择 ＷｏｒｌｄＶｉｅｗ－Ⅱ 多 光 谱 影 像 和 航 空 遥感影像为数据源，其中 ＷｏｒｌｄＶｉｅｗ－Ⅱ多光谱影像 包括４个标准多光谱波段和４个额外多光谱波段； 影像成像 时 间 为 ２０１２ 年 １０ 月 １ 日；航 空 遥 感 影 像 包括 Ｒ、Ｇ、Ｂ ３ 个 波 段，分 辨 率 为 ０．１ ｍ，成 像 时 间 为 ２０１２ 年 秋 季 ，所 有 影 像 成 像 质 量 较 好 。
３０ ０ 遥 感 技 术 与 应 用 第 ３０ 卷
ｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｓｐａｔｉａｌ ＲＳ Ｉｍａｇｅｓ［Ｊ］．Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，２０１５，３０（２）：２９８－３０３．［费 鲜 芸 ，王 婷 ，魏 雪 丽 ．基 于 多 尺 度 分 割 的 遥 感 影 像 滨 海 湿 地 分 类 ［Ｊ］．遥 感 技 术 与 应 用 ，２０１５，３０（２）：２９８－３０３．］ ｄｏｉ：１０．１１８７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４－０３２３．２０１５．２．０２９８
航
征相似。
片
光 谱 特 征 ：与 养 鱼 塘 颜 色 明 显 不 同 。
民
中
形状和纹理特 征：与 养 鱼 塘 纹 理 特 征 有
区
形状和 纹 理 特 征：形 状 规 则，但 面 积 较 盐
小 ，与 道 路 的 形 状 有 明 显 区 别
田 质 性 最 小 的 阈 值，尺 度过大将淹没较小 物 体 对 象，尺 度 过 小 又 会 使 地 物 破碎。选择的尺度应保证分割后获得的区域对象与 欲获取目 标 有 较 好 的 吻 合 度 。 ［１５］ 对 象 的 异 质 性 根 据不同权重的光谱 和 形 状 差 计 算，相 邻 两 个 对 象 合 并 时 ，异 质 性 指 标 要 小 于 给 定 的 阈 值 ，同 一 尺 度 下 各 种 异 质 性 的 计 算 方 法 见 参 考 文 献 ［１６－１７］。
实际 应 用 时，影 像 的 分 割 尺 度 以 及 各 尺 度 下 分 割 参 数 的 选 择 ，应 根 据 各 类 地 物 影 像 的 特 征 ，按 照 最 大分类精度提取 要 求，经 反 复 实 验 求 取。 本 研 究 根
据 ９ 类 湿 地 影 像 的 特 征 ，采 用 ４ 个 尺 度 ，将 研 究 区 分 成 ４ 层 ，每 个 尺 度 的 分 割 参 数 如 表 ２［１５］和 图 １ 所 示 。 ３．３ 自 动 分 类 规 则 库 的 建 立
３ 分类方法
３．１ 分 类 体 系 及 其 影 像 特 征 根据研究区湿地类型的组成特 征，结 合 Ｗｏｒｌｄ－
Ｖｉｅｗ－Ⅱ光谱影 像 的 表 达 能 力，参 考 相 关 的 湿 地 分
类文献［１３－１４］，建 立 研 究 区 滨 海 湿 地 分 类 体 系，包 括光滩、沼 泽 植 被、河 流 入 海 口、河 流、养 鱼 塘、盐 田 和其他用地类型，为 了 提 高 分 类 精 度 又 将 其 他 用 地 类型细分为旱生 植 被、道 路 和 居 民 区。 各 类 别 的 解 译标志及影像特征 如 表 １ 所 示，其 中 盐 田 需 要 结 合 航空遥感影像进行 提 取，所 以 同 时 也 确 定 其 在 航 空 影像中的解译标志。 ３．２ 面 向 对 象 的 多 尺 度 分 割
影 像 分 割 后 ，计 算 实 体 对 象 光 谱 特 征 均 值 、ＮＤ－ ＶＩ、形状因子和纹理特征等参数，共分 ４ 层，建立规 则库，采用模糊隶属 度 函 数 分 类 器 完 成 滨 海 湿 地 分 类（图２）。其中，光 谱 特 征 均 值、ＮＤＶＩ和 形 状 因 子 均由 ＷＶ－Ⅱ计算；纹 理 特 征 利 用 航 空 遥 感 影 像，采 用灰度共生矩 阵 计 算，取 其 均 值 指 标 （Ｍｅａｎ），作 为 ｂａｎｄ ９参与分类运算 。 ［４］
基于 多 尺 度 分 割 的 遥 感 分 类 方 法，从 任 意 一 个 像 元 开 始 ，采 用 自 下 而 上 的 区 域 合 并 方 法 ，将 影 像 分 割形成不同尺度大 小 影 像 特 征 相 似 的 实 体 对 象，并 以实体对象为单元，依 据 其 各 种 影 像 特 征 参 数 进 行 分 类 ，且 分 类 信 息 可 在 不 同 层 次 间 继 承 传 递 。
随着遥感技术的发展，影像的空间分辨率越来越 高 ，可 供 选 择 的 数 据 源 也 越 来 越 多［５］。 高 空 间 分 辨 率 遥 感 影 像 能 够 清 晰 地 反 映 不 同 地 物 类 别 的 形 状、结 构、纹理等特征 ，但 也 给 计 算 机 自 动 分 类 带 来 诸 多 的 不确定性，使传统的基于像元的分类结果产生更严重 的“椒盐”现 象［６－７］。 基 于 多 尺 度 分 割 的 影 像 分 类 方 法，能充分利用影像的光谱、形状、纹理等信息进行分 类，有效减少 “椒 盐 ”现 象 ，适 应 高 分 辨 率 遥 感 影 像 特 点［８－９］，在湿地 分 类 制 图 中 已 有 较 多 的 研 究 。 ［１０－１１］ 但 是 ，受 传 感 器 类 型 、季 节 、成 像 条 件 及 地 物 特 征 差 别 的
光 谱 特 征 ：与 养 鱼 塘 光 谱 特 征 相 似 ，难 以
盐 田
区分。
道
光 谱 特 征 ：反 射 率 较 高 ，光 谱 特 征 明 显 。
路
形 状 和 纹 理 特 征 ：形 状 规 则
形 状 和 纹 理 特 征 ：形 状 规 则
居
光 谱 特 征 ：反 射 率 较 高 ，与 道 路 的 光 谱 特
第 ３０ 卷 第 ２ 期 ２０１５ 年 ４ 月
ＲＥＭＯＴＥ Ｓ遥ＥＮ ＳＩ感ＮＧ Ｔ技ＥＣ ＨＮ术ＯＬ ＯＧ与Ｙ ＡＮ应Ｄ ＡＰ用ＰＬＩＣＡＴＩＯＮ
Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１５
引 用 格 式：Ｆｅｉ Ｘｉａｎｙｕｎ，Ｗａｎｇ Ｔｉｎｇ，Ｗｅｉ Ｘｕｅｌｉ．Ｃｏａｓｔａｌ Ｗｅｔｌａｎｄ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍｕｌｔｉ－ｓｃａｌｅ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｇ－