基于资源三号卫星影像的高铁安全控制区建筑用地信息提取研究

发布时间：2019-01-26 11:34

【摘要】：近年来,国家基础设施建设飞速发展,高速铁路在全国范围内的覆盖率也随之逐年攀升。随着高速铁路建设在全国范围内的快速蔓延,铁路安全运营管理等后续问题也接踵而来。超高的运行速度同时带来了一系列潜在的安全隐患。其中,高速铁路沿线安全红线范围内的生产经营建设行为,一直是安全运营管理中的核心部分。根据国务院令第430号公布的《打击高速铁路沿线违法生产经营建设行为》专项行动通知的最新情况显示,目前铁路沿线安全红线控制区内存在的建设行为主要有搭建违章建筑物、取土挖砂、堆放物品阻碍视线以及从事采矿爆破等危险作业等等。众多安全隐患因素逐渐对事故的产生埋下伏笔,也对百姓的生命安全构成了严重的威胁。因此,如何运用科学的技术手段,全面开展高铁安全控制区内的建设用地监测工作,已经成为了迫在眉睫的问题。传统的城市违建用地监测手段主要是依靠人力进行实地踏勘,耗时耗力且监测结果现势性极差。采用遥感技术进行违建监测方法的提出,使得执法工作在信息采集、自动化判别等方面有了一定程度的改善与提高。但大量实验证明,基于像元方式的传统遥感地物提取技术存在着不可逾越的技术短板。例如,提取结果存在大量无实际分类意义的“椒盐”噪声斑点,封闭区域内部出现光谱高亮点“孔洞”效应等等。而且,长久以来,基于遥感技术的城市违建执法工作大多依赖于购买国外的卫星遥感数据,对于违建监测这类影像需求量大、覆盖面广的执法工作,经济成本十分高昂。研究采用我国自主研发的资源三号(ZY-3)测绘卫星的数据为影像基础,结合研究的主体目标和实际情况,选取了“石武”高铁沿线郑州至新乡市路段2010-2012年拍摄的3景ZY-3原始影像作为研究区域。以面向对象地物提取技术为依托,构建地物提取等级网络体系,建立农村居民地、城郊工业用地、城市居民地三类典型建筑用地类型的提取规则模型。利用数学形态学中的膨胀、腐蚀原理,构建开运算、闭运算循环,对建筑用地提取结果实现边缘的规则化处理。随后,将棋盘分割技术与传统的DISTANCE TO测距算子相结合,得到改良的新型测距算子,逐像元点地测算建筑用地对象内部各点到高铁中心线的距离。最终,根据国家法律文件的规定,提取出高铁安全红线控制区域内不同安全隐患等级的建筑用地信息。实现对安全红线控制区内建筑用地的准确地理定位与面积统计。通过研究,得到以下结论： (1)资源三号卫星所获取的6m分辨率多光谱影像,能够很好地与国家“铁路打非”文件中所要求的监测尺度相匹配。利用资源三号卫星影像进行违建执法,可以实现对高铁沿线大范围、长距离的宏观监测,具有很强的现实意义。 (2)通过面向对象技术中的同质性多尺度分割,很好地避免了基于像元地物提取技术中所常见的“椒盐”、“孔洞”等问题。针对目标地物的不同情况,设置适合该种地物类型的分割参数,形成具有多种分割尺度的地物提取等级网络体系,为后续地物提取引入了几何、空间、逻辑判定等对象级的特征信息,丰富了地物提取判定规则。 (3)针对高铁沿线的农村居民用地、城郊工业用地、城市居民用地三种典型建筑用地类型,以面向对象地物提取技术为依托,构建了相应的建筑用地提取规则模型。采用模糊成员函数分类器的判定方式,对沿线的建筑用地对象进行准确的隶属度识别与地物类型赋值,得到纯净的建筑用地对象范围。 (4)利用数学形态学中的膨胀、腐蚀运算原理,构建开、闭运算循环,对已提取出的建筑用地对象进行边缘规则化处理,平滑了地物对象边缘的锯齿化效应,消除由于多尺度切割所造成的地物对象边缘粘连和完整对象内部断裂等现象。规则化处理后的提取结果更加准确和优化,更加贴合真实情况。最终,得到边缘平滑、内部完整的建筑用地提取图斑。 (5)将棋盘式分割法技术与传统DISTANCE TO算子结合,得到改良的新型逐像元测距模式。此测距算子改变了传统测距算子中以对象几何中心点为测距基准的模式,实现了逐个像元点测算建筑用地对象内部各点到高铁中心线间距离的目的。最终,结合国安委颁布地《打击高铁沿线非法生产经营建设行为专项通知》规定,提取出隶属于安全红线控制区域内的建筑用地信息,统计违建区域的真实地理坐标及占地面积。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U212.2;P237

【参考文献】