基于資源三號(hào)衛(wèi)星影像的高鐵安全控制區(qū)建筑用地信息提取研究.pdf

1、近年來(lái)，國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)飛速發(fā)展，高速鐵路在全國(guó)范圍內(nèi)的覆蓋率也隨之逐年攀升。隨著高速鐵路建設(shè)在全國(guó)范圍內(nèi)的快速蔓延，鐵路安全運(yùn)營(yíng)管理等后續(xù)問(wèn)題也接踵而來(lái)。超高的運(yùn)行速度同時(shí)帶來(lái)了一系列潛在的安全隱患。其中，高速鐵路沿線安全紅線范圍內(nèi)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)建設(shè)行為，一直是安全運(yùn)營(yíng)管理中的核心部分。根據(jù)國(guó)務(wù)院令第430號(hào)公布的《打擊高速鐵路沿線違法生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)建設(shè)行為》專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)通知的最新情況顯示，目前鐵路沿線安全紅線控制區(qū)內(nèi)存在的建設(shè)行為主要有搭建違章建

2、筑物、取土挖砂、堆放物品阻礙視線以及從事采礦爆破等危險(xiǎn)作業(yè)等等。眾多安全隱患因素逐漸對(duì)事故的產(chǎn)生埋下伏筆，也對(duì)百姓的生命安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。因此，如何運(yùn)用科學(xué)的技術(shù)手段，全面開(kāi)展高鐵安全控制區(qū)內(nèi)的建設(shè)用地監(jiān)測(cè)工作，已經(jīng)成為了迫在眉睫的問(wèn)題。
　　 傳統(tǒng)的城市違建用地監(jiān)測(cè)手段主要是依靠人力進(jìn)行實(shí)地踏勘，耗時(shí)耗力且監(jiān)測(cè)結(jié)果現(xiàn)勢(shì)性極差。采用遙感技術(shù)進(jìn)行違建監(jiān)測(cè)方法的提出，使得執(zhí)法工作在信息采集、自動(dòng)化判別等方面有了一定程度的改善與提

3、高。但大量實(shí)驗(yàn)證明，基于像元方式的傳統(tǒng)遙感地物提取技術(shù)存在著不可逾越的技術(shù)短板。例如，提取結(jié)果存在大量無(wú)實(shí)際分類(lèi)意義的“椒鹽”噪聲斑點(diǎn)，封閉區(qū)域內(nèi)部出現(xiàn)光譜高亮點(diǎn)“孔洞”效應(yīng)等等。而且，長(zhǎng)久以來(lái)，基于遙感技術(shù)的城市違建執(zhí)法工作大多依賴(lài)于購(gòu)買(mǎi)國(guó)外的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，對(duì)于違建監(jiān)測(cè)這類(lèi)影像需求量大、覆蓋面廣的執(zhí)法工作，經(jīng)濟(jì)成本十分高昂。
　　 研究采用我國(guó)自主研發(fā)的資源三號(hào)(ZY-3)測(cè)繪衛(wèi)星的數(shù)據(jù)為影像基礎(chǔ)，結(jié)合研究的主體目標(biāo)和實(shí)際情況

4、，選取了“石武”高鐵沿線鄭州至新鄉(xiāng)市路段2010-2012年拍攝的3景ZY-3原始影像作為研究區(qū)域。以面向?qū)ο蟮匚锾崛〖夹g(shù)為依托，構(gòu)建地物提取等級(jí)網(wǎng)絡(luò)體系，建立農(nóng)村居民地、城郊工業(yè)用地、城市居民地三類(lèi)典型建筑用地類(lèi)型的提取規(guī)則模型。利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的膨脹、腐蝕原理，構(gòu)建開(kāi)運(yùn)算、閉運(yùn)算循環(huán)，對(duì)建筑用地提取結(jié)果實(shí)現(xiàn)邊緣的規(guī)則化處理。隨后，將棋盤(pán)分割技術(shù)與傳統(tǒng)的DISTANCETO測(cè)距算子相結(jié)合，得到改良的新型測(cè)距算子，逐像元點(diǎn)地測(cè)算建筑用地

5、對(duì)象內(nèi)部各點(diǎn)到高鐵中心線的距離。最終，根據(jù)國(guó)家法律文件的規(guī)定，提取出高鐵安全紅線控制區(qū)域內(nèi)不同安全隱患等級(jí)的建筑用地信息。實(shí)現(xiàn)對(duì)安全紅線控制區(qū)內(nèi)建筑用地的準(zhǔn)確地理定位與面積統(tǒng)計(jì)。
　　 通過(guò)研究，得到以下結(jié)論:
　　 (1)資源三號(hào)衛(wèi)星所獲取的6m分辨率多光譜影像，能夠很好地與國(guó)家“鐵路打非”文件中所要求的監(jiān)測(cè)尺度相匹配。利用資源三號(hào)衛(wèi)星影像進(jìn)行違建執(zhí)法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高鐵沿線大范圍、長(zhǎng)距離的宏觀監(jiān)測(cè)，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。<

6、br>　　 (2)通過(guò)面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的同質(zhì)性多尺度分割，很好地避免了基于像元地物提取技術(shù)中所常見(jiàn)的“椒鹽”、“孔洞”等問(wèn)題。針對(duì)目標(biāo)地物的不同情況，設(shè)置適合該種地物類(lèi)型的分割參數(shù)，形成具有多種分割尺度的地物提取等級(jí)網(wǎng)絡(luò)體系，為后續(xù)地物提取引入了幾何、空間、邏輯判定等對(duì)象級(jí)的特征信息，豐富了地物提取判定規(guī)則。
　　 (3)針對(duì)高鐵沿線的農(nóng)村居民用地、城郊工業(yè)用地、城市居民用地三種典型建筑用地類(lèi)型，以面向?qū)ο蟮匚锾崛〖夹g(shù)為依托，構(gòu)

7、建了相應(yīng)的建筑用地提取規(guī)則模型。采用模糊成員函數(shù)分類(lèi)器的判定方式，對(duì)沿線的建筑用地對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確的隸屬度識(shí)別與地物類(lèi)型賦值，得到純凈的建筑用地對(duì)象范圍。
　　 (4)利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的膨脹、腐蝕運(yùn)算原理，構(gòu)建開(kāi)、閉運(yùn)算循環(huán)，對(duì)已提取出的建筑用地對(duì)象進(jìn)行邊緣規(guī)則化處理，平滑了地物對(duì)象邊緣的鋸齒化效應(yīng)，消除由于多尺度切割所造成的地物對(duì)象邊緣粘連和完整對(duì)象內(nèi)部斷裂等現(xiàn)象。規(guī)則化處理后的提取結(jié)果更加準(zhǔn)確和優(yōu)化，更加貼合真實(shí)情況。最終，得到