利用高分二号卫星数据监测危险化学品案例介绍

利用高分二号卫星数据监测危险化学品


危险化学品重大危险源区域动态监测的目标是外部安全防护范围内的建筑、道路等人工构筑物的变化情况,对监测区域内的植被、裸地和水体等地物不感兴趣,且此类地物受物候的影响较大,一定程度上会干扰监测结果,故选择基于目标检测的变化检测方法。利用高分遥感影像开展基于目标检测的变化检测方法基本步骤包括高分影像分割、多源特征集构建、人工构筑物提取、变化信息提取和精度评价5个部分。


为验证基于目标检测的变化检测方法精度,以2015年7月12日和2016年7月20日的两景高分二号遥感影像为例,开展变化检测实验。其中,2幅影像的大小均为516x405像素,全色和多光谱融合后的影像空间分辨率为1m,影像覆盖范围为某化工企业附近的20余万平方米区域,预处理后的高分遥感影像真彩色显示如图所示。

 实验区域真彩色遥感影像


1)高分遥感影像分割

利用Mean-shift算法对多时相遥感影像进行分割获取影像处理的基本单元,2015年7月12日影像分割结果如下图所示。


实验区域影像分割


2)多源特征集构建

根据危险化学品重大危险源区域变化检测的目标,需要提取对建筑、道路等人工构筑物比较敏感的特征。由于建筑、道路等人工构筑物具有相对规则的几何形态,纹理清晰,且人工构筑物施工材料的差异,反射率高的材料在遥感影像上与其他地物相比亮度较高,反之亮度则较低。因此,提取影像的白top-hot变换、黑top-hot变换、NDVI、NDWI等特征构建危险化学品重大危险源区域变化检测的特征集。


3)人工构筑物提取

为满足危险化学品重大危险源大范围区域高效监测,基于所构建的多源特征集,选择极限学习机(ELM)算法对人工构筑物进行提取。


4)变化信息提取

通过对比不同时期研究区域的人工构筑物分布情况,利用差值法提取实验区域2015年7月12日至2016年7月20日的变化信息。如图4所示。


实验区域2015—2016年变化检测结果


5)精度评价

高清无人机航摄影像结合目视解译获得的参考变化如图5所示。通过对比基于目标检测的变化检测方法所提取的变化图和参考变化图,并利用变化检测误差矩阵统计总体精度、Kappa系数、漏检率和虚检率,定量评价变化检测结果见表1。

实验区域2015—2016年参考变化


表1基于目标检测的变化检测方法精度


由表1可知,基于目标检测的变化检测方法总体精度高达99.26%,Kapa系数为0.85,漏检率低至0.17%,充分证明本文所提方法对于危险化学品重大危险源区域变化检测具有良好的适用性。


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