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利用遥感影像图进行地名更新

2016-05-23 16:04:27来源:中国测绘科学研究院 编辑:浏览:

随着测绘新技术的发展,传统的测绘工艺正在发生革命性变革,外业测量工业已经逐步减少。如何与测绘新技术结合,有针对性的采取有关手段核实更新地名变化,扭转目前地名更新周期长的状况,是地名数据库维护工作及待解决的问题。将影像数据与地名数据叠加分析,可以判断出实体的类型、位置的主化,并分析实体与地名数据的匹配情况,从而达到监测地名变化的目的,为地名数据更新提供新的手段

1引言

地名数据库是空间定位的关系数据库。国家根据国民经济建设的需要,已建成1:100万、1:25万、1:5万三种比例尺的地名数据库。它是将国家基本比例尺地形图上各类地名注记名括居民地、河流、湖泊、山脉、山峰、岛屿、沙漠、盆地、自然保护区等的名称,同其汉语拼音及属性特征,如类型、政区代码、归属、网格号、交通代码、高程、图幅号、图名、图版年度、更新日期、X坐标、Y坐标、经度、纬度等录入计算机而建成的数据库。它与地形数据库之间通过技术接口连接,可以相互访问。也可以作为单独的关系型数据库运行。本次实验所选用的是比例尺为1:5万的地名数据库。

地名信息的变化主要涉及名称的更改、位置和类型的变化及行政归属的变更。随着我国经济的高速发展,行政区划一直在调整之中,各级行政区划既有行政界线的调整,也有名称的更改。随着旅游资源价值再发现、环境保护的增强、重大工程建设、灾后重建、小城镇建设、城市规划、安居工程、减轻农民负担等因素,地名及其相关信息也处于不断变化之中,地名的变化率与经济发展速度成正相关。通过对全国地名变化的分析,可以看出政治、变化中心和经济发达地区的地名变化较大,经济欠发达地区的地名变化较小,民族地区的地名变化则很小。由于经济发达地区统计年代短、欠发达和民族地区统计年代长,其在区域内的地名变化频率则差异不大。

传统的地名更新方法主要是利用地形图外业实地调查,然后由内业通过图、文、表、卡等资料进行分析处理。随着测绘新技术的发展,传统的测绘工艺正在发生革命性变革,外业测量工作已经逐步减少。如何与测绘新技术结合,快速地发现地名变化,有针对性的采取其他手段核实更新地名变化,是我们进行更新试验的目的。

2更新试验数据

实验用的影像图为2000年5月的ETM+遥感影像图,现势性高,与地名数据结合,生成新的地名注记图,是地名与实体准确定位的重要数据。

实验用的地名数据有DBF和DWG两种格式,其中建制村以上行政名称资料截止日期为2000年,其他地名依据20世纪80年代的地名普查图进行了核实。

实验区域是山东省泰安市和四川省资阳市。数据处理软件有:FoxPro、ArcInfo、ArcView、ERDAS、AutoCAD等。

3更新方法和流程

3.1影像数据的处理

TM遥感影像,其空间分辨率分为30m和15m两种,幅宽在185km,重复覆盖周期为17天。ETM+遥感影像,增加了一个15m分辨率的全色波段,热红外信道的空间分辨率也提高了一倍,达到60m。覆盖范围中国全域。该影像是ETM+遥感影像。将ETM+影像的3、4、5波段进行合成,再将合成好的影像图与8波段的影像图进行融合,取3、4、5波段合成后的颜色,取8波段的精度,使得融合后的影像图既有良好的颜色背景,又有较高的分辨率,有利于影像分类提取的工作。对融合好的影像图进行几何纠正,纠正步骤分为以下三步:

1)选择控制,在遥感图像和地形图上分别选择相同位置的控制点,以建立图像与地形图之间的投影关系,这些控制点应该选在能明显定位的地方。

2)建立整体映射函数根据图像的几何畸变性质及地面控制点的多少来确定校正数学模型,建立起图像与地图之间变换关系,如多项式、仿射变换法等,本次实验采用提多项式映射函数。

3)重点样内插,为了使校正后的输出图像像元与输入的校正图像相对应,根据确定的校正公式,对输入图像的数据重新排列。在重采样中,由于所计算的对应位置的坐标不是整数值,必须通过周围的像元值进行内插来求出新的像元值。

3.2地名数据的库分类

地名数据按类型特征可以划分为以下十大类:行政区划、居民地、企事业单位、交通、名胜古迹、山名、水系、海域地名、自然地域和境界标志。每一大类又可分为若干个小类。

本次实验对全国地名20年来变化情况的统计如下,行政区划、居民地、企事业单位共有4280762个,占全部地名数的83.803%;其增加的数据量为514556个,占全部新增地名数的91.47%;修改的数量为538546个,占全部修改地名数的40.67%,删除的数量为116919个,占全部删除地名数的92.65%。从所占比例可以看出,行政区划、居民地、企事业单位地名不管从整体数量,还是从变更数量上讲,都占绝大部分,所以这类地名与影像的匹配是本次实验的重点。

3.3地名数据的转换

地名数据有DBF和DWG两种格式,两种格式的地名数据都包括定位点坐标、名称和类别。

Dwg格式的文件是由诸如颜色、线型、线宽、符静态图形特征组织后的图层集合,其图层并没有像GIS中的图层那样组织严密,实体/元素都包含在一个单一的文件中,属性数据的主要描述依靠图层和注记。

利用MapInfo和ArcInfo的投影变换、数据转换等功能,将定位点数据转换为与影像数据具有相同投影变换、相同坐标系的Coverage格式定位点。Coverage是一种矢量文件格式,几何和空间拓扑关系存储在二进制文件中,与之相关的属性数据则被存放在INF0表或RDBMS[Coverage是对要素类组织后的集合,每个要素类都是一些点、线、面或者(文本)]的集合,用于描述地理要素的Coverage要素类包括点、结点、路径系统、多连形和面域等。一个或多个Coerage要素被用于构造地理要素。

3.4数据叠加

数据叠加主要包括境界数、地名定位点和注记与影像数据和叠加。将已投影变换好的影像在ARCMAP下分别与地名数据、境界数据进行叠加,得到以影像数据为背景的地名注记图。

3.5影像数据的监督分类

遥感图像上的同类地物在相同的表面结构特征、植被覆盖、光照等条件下,应当具有相同或相近的光谱特征,从而表现出某种内在的相似性。不同的地物,光谱信息特征不同,归属于不同的光谱空间区域。监督分类,是根据先验的类别知识,选择有代表性的场地作试验样本特征参数的实际观测,如测其光谱特性参数,并求其统计特征,如均值、协方差矩阵和离散离等,由此初步建立判断函数,用来判别分类其他未知类别的样品,若分类精度不够,再修改调整或重建,直到分类精度满足要求为止。这样就可以应用最后的判别函数来作为正式分类的设计依据。分类结束,不但各类之间得到区分,同时还确定了他们的类属性。通过监督分类将各种不同类型地物区分出来,在本次实验中,特别是将居民地提取出来。

3.6匹配情况分析

对山东省泰安市及其附近区域作了匹配实验,整个区域共有5789个居地地地名,其中准确落入居民地影像区的地名5762个,占全部地名的99.53%;有名称无居民地的地名27个,占全部地名的0.47%;从影像图上可以判读出有居民地影像,但无地名与之匹配的地块有7个。分析其原因,有名无地的现象可能是由于居民地过小,通过肉眼已无法判断,或者是由于名称定位点有误。有地无名的现象可能是由于有两个以上的居民地属于同一地名,或者是由于地名库中缺少该地块的地名。

3.7地名变化分析

任何一个名称的变化都有其自身的原由,地名变化的原因主要分为新增、消失、改名、位移、更改类型以及其他的变化。

影像上已能明确判断为一个独立的地理实体,但地名数据无对应的地名,影像判读标记为新增。影像图上判读为一类地理实体与地名库中对应的类别代码有明显差异,如“莲花池”从影像图上判读明确为居民地,但地名库中类型为IH(水库),则地名库中应更新为“BA”(居民地),影像判读为更改类型。由两期遥感影像图的比较监测,影像图上判读一处地域已迁移至另一地域,影像判读为迁移。

4地名变化的监测

居民地的变化包括时间上的变化,即面积增减和空间分布特征变化两个方面。居民地的空间变化主要是通过两个时相遥感图像比较研究,采用分类比较监测法;多期遥感图像连续监测及两期遥感数据监测采用差值分类法;还采用两期遥感图像的复合处理法、地理信息系统支持下的两期居民地土地的覆盖分析法和指定行政变化区域进行变 化分析的局部更新法等。

GIS兼具对属性数据及空间数据的分析处理功能,是分析处理遥感信息的有力工具。GIS可提供土地分类所需的各种背景数据,使分类精度大大提高。本次实验采用地理信息系统支持下的两期遥感数据对居民地变化情况作了初步分析,实验表明利用GIS的空间信息处理功能,对居民地的监测极为有利。

5结合结论

影像数据可以用于判断有一定规划(其范围大小在TM影像图上,应大于肉眼可判读的范围,即0.4mm2 )的实体名称的定位,尤其对于大的居民地定位、线性河流定位、面状湖泊、水库、山口、山峰等地名的定位有较好的参考值。经过对全国其他部分地区选用此方法进行地名更新,发现卫星遥感影像对于平原地区,具有一定规模的居民地(如上所述的,范围大小在影像图上应大于0.4mm2)地区比较适用,如黑龙江、吉林、辽宁东三省和山东省等。

卫星影像对于散列式的、规模很小的居民地(小村、牧点、蒙古包等)在影像图上难以判读出实体类型,地名难以依据影像进行判读更新。四川省的农村地区存在散列式的、规模较小的居民地类型。对四川省资阳市的实验,发现除市县以上能表现出为居民地类型的个体外,其他像村庄地等,在影像图上只能表现出整体为居民地类型,而不能将每个个体区分出来。四川省资阳市,整个区域共有地名9051个,其中落入居民地区域的定位点7819个,占全部地名的86.4%,落入植被地区域的定位点30个,占全部地名的13??3%,落入植被和河流区域是由于定位不准或位置变化引起的,即使落入居民地区域的地名也难以建立影像图与地名数据个体之间的匹配关系。

遥感影像对于行政境界的变化也有较好的参考价值。对于DRG已经完全不能反应真实情况的地区如三峡库区、浦东、经济开发区等用于地名更新将有极好的价值。

在全国各类地名中,行政区划地名、居民地地名变化率较高,自然地理实体名称基本没有变化。地名变化率与经济发展速度成正相关。变化大的区域主要为经济开发区和城市周围。

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