基于多尺度分形特征的ETM﹢影像耕地提取.pdf

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1、第27卷2011焦第2期2月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27No．2Feb．201l213基于多尺度分形特征的ETM+影像耕地提取董士伟1，李宪海2，李红Ⅸ，孙丹峰3，张微微1，周连第1(1．北京市农林科学院农业综合发展研究所，北京100097．2．国土资源部规划司，北京100812：3．中国农业大学资源与环境学院，北京100193)摘要：耕地是重要的农业资源，如何利用经济可行的遥感技术快速准确地提取耕地已成为研究的热点和难点。以北京密云县为研究区，建立了基于多尺度分形特征的ETM+遥感影像提取耕地的方法：将计算表面分形维的双层

2、地毯法用于计算每一个像元的上分形信号和下分形信号，并对上分形信号和下分形信号进行耕地特征分析：选用下分形信号的第3尺度和第4尺度做差值处理进一步增强耕地信息，利用简单的图像分割提取出密云县耕地信息的空间分布；基于ArcGIS的空间分析利用密云县同期的土地利用现状图进行耕地信息提取精度评价。结果表明，全县耕地总面积精度达到91．O％，全县耕地点位匹配精度达71．8％；耕地中的旱地提取精度较差，而耕地中的水浇地和菜地提取精度较高，点位匹配精度可以达到86．6％。该方法可快速有效地提取出耕地信息，也可供以后耕地信息的相关研究参考。关键词：分形，信号分析，特征提取，ETM

3、+，耕地信息，空间分析doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2011．02．036中图分类号：TP79，$127文献标志码：A文章编号：1002—6819(2011)-02—0213—06董士伟，李宪海，李红，等．基于多尺度分形特征的ETM+影像耕地提取[J]．农业工程学报，2011，27(2)：213—218．DongShiwei，LiXianhai，LiHong，eta1．ExtractionofcultivatedlandusingETM+imagebasedonmultiscalefractalsignature[J]．Transact

4、ionsoftheCSAE，2011，27(2)：213--218．(inChinesewithEnglishabstract)0引言随着中国城市化快速发展，耕地资源越来紧缺，如何协调经济发展和粮食安全，快速和准确获取耕地资源的变化特征，非常关键。尽管遥感影像几何分辨率的提高，满足了中国破碎耕地地块提取上的要求，但多光谱信息不足限制了遥感影像耕地的快速自动提取，如何通过对原始影像进行图像增强或重点突出耕地地物特征，已成为研究的热点和难点。目前地物特征变量的提取方法有很多，可以大致分为3大类【l】。一是以地物反射波谱为基础，设法寻求不同地物特定波段所对应的吸收特征或

5、漂移(红移或蓝移)特征，或通过最佳波段组合、差值、比值等来突出有用信息；二是对反射波谱曲线进行求导、积分或二值化等处理选取特征值；三是从统计学或信号分析的角度出发对光谱曲线进行不同的数学处理并选取合适的特征值。如目前用得较多的主成分分析方法、最小噪声分离(MNF)方法、分形分析方法和小波分析方法等。国内外已有不少学者进行分形分析方法用于遥感影收到日期：2010-10-10修订日期：20llm2．14基金项目：北京市财政局项目支持：“十一五”国家科技支撑项目(2006BABl5805)作者简介：董士伟(1984一)，男。山东泰安人，主要从事遥感与GIS在农业资源中的

6、应用研究。北京北京市农林科学院农业综合发展研究所，100097·Email：dshiwei2006@163．corn※通信作者：李红(1973一)，女，山东海阳人，博士，研究员，主要从事农业资源利用与管理研究。北京北京市农林科学院农业综合发展研究所，100097。Emaihlilmdf@sina．tom像处理的研究【2巧】，在土地利用中的研究和应用主要集中在不同利用类型分形维的计算和地物分形特征的描述及相关分析等睁10】。遥感影像分形维的计算主要包括全局分形维和局部分形维[11-12】；分形分析的应用主要是把分形维作为一个特征量对遥感影像进行分析【13】或是利用分

7、形维研究影像的纹理特征，用于影像分类或地物特征提取等【l钔。与其它增强方法相比，分形特征在一定范围内，是独立于分辨率、视角而稳定存在的物质表示量，具有广泛的一致性。利用这一特性可以进行目标地物的信息提取或分类。因此以北京密云县ETM+遥感影像为例，研究了基于双层地毯法的分形信号计算方法，开展了耕地多尺度分形特征量化分析，在此基础上与其它地类比较，建立了区域耕地快速提取的方法，为大区域耕地资源快速监测提供技术参考。1研究区概况密云县位于北京市东北部，燕山山脉南麓、华北大平原北缘，是平原与山区交接地带。该区域属于温带大陆性季风气候，年平均降水量660mill。该区域位

8、于1160