基于DSM和遥感影像的变化检测方法研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着社会的快速发展，城市的变化也越来越明显。尤其是数字城市的迫切推进，数字技术、信息技术、网络技术渗透到城市生活的各个方面，为了能更好地为城市规划人员、城市管理决策人员及时提供信息, 就需要不断进行数据更新、需要及时地对城市进行动态地监测与分析, 以便城市管理者和规划者及时采取措施, 保持城市在新的形式下不断地调整和维持其动态平衡。如何及时掌握和发现城市的变迁和土地利用现状变化, 控制城市土地和房产有效利用和合理开发, 控制产业合理发展, 是各级城市规划国土管理等政府部门和相关研究机构十分关心的问题。上海是我国城市发展的一张名片，为了使上海进一步走在科学发展的前列，准确、有效、及时地监测土地利用已经显得十分迫切。

变化检测方法根据其数据源可分为两类：dsm变化检测方法和遥感影像变化检测方法。数字表面模型dsm由于其对地表空间形态的真实反映，可以有效检测出地表高度的变化，而遥感影像具有丰富的光谱信息，可以有效检测出地表性质变化。传统的人工影像判读方法, 作业速度太慢, 很难适应现代信息社会发展的需要, 且作业员容易疲劳、手工进行数据更新是一项繁琐的工作, 因而容易遗漏重要信息。因此研究自动化、半自动化的建筑物提取方法, 对于及时掌握城市变化的情况具有重要意义。

本课题提出了一种基于数字高程模型dsm和影像特征的城市变化检测方法, 即利用两个不同时期影像的dsm为基础进行城市地区的变化检测, 同时对变化的情况进行了定量的分析和评价实现地表三维的变化检测，快速准确发现城市中的变化情况，如城市拆迁、违法用地、违章建筑、工业园区建设进度、植被生长等。为城市基础数据更新、违章建筑发现等提供一个技术尝试。

2. 研究内容和预期目标

变化检测方法根据其数据源可分为两类：遥感影像变化检测方法和DSM变化检测方法。基于遥感影像的变化检测是指利用多时相获取的覆盖同一地表区域的遥感影像及其它辅助数据来确定和分析地表变化。它利用计算机图像处理系统，对不同时段的目标或现象状态的变化进行识别确定和定性与定量的分析。这种检测方法能快速发现性质变化的地表区域，却很难发现高度变化而性质未变的区域。数字表面模型(Digital Surface Model，简称DSM)是经过计算、提取地物的形状、高度等在内的模型，对于上海这种比较平坦的地区而言，DSM是比DEM更3维化的数据产品，及时纳入到数字城市建设的空间基础信息数据框架内是非常有必要的。DSM变化检测方法能快速发现高度变化的地表区域，却难以发现性质变化而高度未变的区域。

本课题研究的主要内容包括以下几方面：基于 DSM 的变化检测方法研究、利用影像数据辅助变化检测成果分类。本课题研究基于DSM的城市土地利用变化监测，利用不同时期的大比例尺的航空影像数据，生成不同时期的数字表面模型(DSM)，在此基础上可以检测出城市拆迁、违法用地、违章建筑、工业园区建设进度、植被生长等的变化区域，为城市基础数据更新、违章建筑发现等提供一个技术尝试。

3. 研究的方法与步骤

首先利用多阈值差分方法，对dsm数据进行处理，得到了该区域的dsm变化图斑数据；接下来利用影像解译方法，将建筑物和硬化地表作为目标区，考虑到dsm在建筑物识别上有其特点，利用影像解译和信息提取技术来获得建筑物图斑和硬化地表变化图斑；最后，dsm和遥感影像进行融合，利用dsm数据赋予图斑数据高程属性，利用遥感影像在dsm变化图斑中过滤出建筑物变化图斑。

3.1 dsm多阈值差分方法

dsm 数据对于地物的高度变化具有很强的敏感性，比较适合城市区域人工地物的变化检测。（1）对两期dsm 数据进行内插和匹配处理，使得两期dsm 点云平面坐标值和间距一致；（2）对两期dsm 数据进行相减，对于高度差大于高差阈值的点，按照正值和负值分别进行记录。正值点形成的图斑一般用红色表示，代表后期数据与前期数据相比高度升高的区域；负值点形成的图斑一般用蓝色表示，代表后期数据与前期数据相比高度降低的区域；（3）计算每个图斑的面积值，保留大于面积阈值的图斑；（4）对保留的图斑行形状指数计算，过滤掉不符合要求的图斑，最后得到符合要求的变化检测图斑。

4. 参考文献

[1]刘直芳,张继平,张剑清,樊红.基于dsm和影像特征的城市变化检测[j].遥感技术与应用,2002(05):240-244.

[2]黄焱,曲平,姜淼.基于易康平台的高分辨率影像在测绘生产中的地物提取[j].测绘与空间地理信息,2013,36(12):146-147.

[3]曹良中. 基于数字表面模型与影像特征的城市建筑物变化检测[a]. 中国空间科学学会、上海市红外与遥感学会.2013上海遥感与社会发展国际学术研讨会论文集[c].中国空间科学学会、上海市红外与遥感学会:,2013:2.

5. 计划与进度安排

1. 2022.3.10-2022.3.31，收集数据与资料，论证分析论文的可行性、实际性，将论文大致范围确定下来，进行开题报告，并学习envi软件。

2. 2022.4.1-2022.4.20，使用envi软件进行数据处理分析。

3. 2022.4.20-2022.5.10，论文编写和修改