基于資源三號衛(wèi)星影像的高鐵安全控制區(qū)建筑用地信息提取研究.pdf

1、近年來，國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)飛速發(fā)展，高速鐵路在全國范圍內(nèi)的覆蓋率也隨之逐年攀升。隨著高速鐵路建設(shè)在全國范圍內(nèi)的快速蔓延，鐵路安全運營管理等后續(xù)問題也接踵而來。超高的運行速度同時帶來了一系列潛在的安全隱患。其中，高速鐵路沿線安全紅線范圍內(nèi)的生產(chǎn)經(jīng)營建設(shè)行為，一直是安全運營管理中的核心部分。根據(jù)國務(wù)院令第430號公布的《打擊高速鐵路沿線違法生產(chǎn)經(jīng)營建設(shè)行為》專項行動通知的最新情況顯示，目前鐵路沿線安全紅線控制區(qū)內(nèi)存在的建設(shè)行為主要有搭建違章建

2、筑物、取土挖砂、堆放物品阻礙視線以及從事采礦爆破等危險作業(yè)等等。眾多安全隱患因素逐漸對事故的產(chǎn)生埋下伏筆，也對百姓的生命安全構(gòu)成了嚴重的威脅。因此，如何運用科學(xué)的技術(shù)手段，全面開展高鐵安全控制區(qū)內(nèi)的建設(shè)用地監(jiān)測工作，已經(jīng)成為了迫在眉睫的問題。
　　 傳統(tǒng)的城市違建用地監(jiān)測手段主要是依靠人力進行實地踏勘，耗時耗力且監(jiān)測結(jié)果現(xiàn)勢性極差。采用遙感技術(shù)進行違建監(jiān)測方法的提出，使得執(zhí)法工作在信息采集、自動化判別等方面有了一定程度的改善與提

3、高。但大量實驗證明，基于像元方式的傳統(tǒng)遙感地物提取技術(shù)存在著不可逾越的技術(shù)短板。例如，提取結(jié)果存在大量無實際分類意義的“椒鹽”噪聲斑點，封閉區(qū)域內(nèi)部出現(xiàn)光譜高亮點“孔洞”效應(yīng)等等。而且，長久以來，基于遙感技術(shù)的城市違建執(zhí)法工作大多依賴于購買國外的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，對于違建監(jiān)測這類影像需求量大、覆蓋面廣的執(zhí)法工作，經(jīng)濟成本十分高昂。
　　 研究采用我國自主研發(fā)的資源三號(ZY-3)測繪衛(wèi)星的數(shù)據(jù)為影像基礎(chǔ)，結(jié)合研究的主體目標(biāo)和實際情況

4、，選取了“石武”高鐵沿線鄭州至新鄉(xiāng)市路段2010-2012年拍攝的3景ZY-3原始影像作為研究區(qū)域。以面向?qū)ο蟮匚锾崛〖夹g(shù)為依托，構(gòu)建地物提取等級網(wǎng)絡(luò)體系，建立農(nóng)村居民地、城郊工業(yè)用地、城市居民地三類典型建筑用地類型的提取規(guī)則模型。利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的膨脹、腐蝕原理，構(gòu)建開運算、閉運算循環(huán)，對建筑用地提取結(jié)果實現(xiàn)邊緣的規(guī)則化處理。隨后，將棋盤分割技術(shù)與傳統(tǒng)的DISTANCETO測距算子相結(jié)合，得到改良的新型測距算子，逐像元點地測算建筑用地

5、對象內(nèi)部各點到高鐵中心線的距離。最終，根據(jù)國家法律文件的規(guī)定，提取出高鐵安全紅線控制區(qū)域內(nèi)不同安全隱患等級的建筑用地信息。實現(xiàn)對安全紅線控制區(qū)內(nèi)建筑用地的準(zhǔn)確地理定位與面積統(tǒng)計。
　　 通過研究，得到以下結(jié)論:
　　 (1)資源三號衛(wèi)星所獲取的6m分辨率多光譜影像，能夠很好地與國家“鐵路打非”文件中所要求的監(jiān)測尺度相匹配。利用資源三號衛(wèi)星影像進行違建執(zhí)法，可以實現(xiàn)對高鐵沿線大范圍、長距離的宏觀監(jiān)測，具有很強的現(xiàn)實意義。<

6、br>　　 (2)通過面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的同質(zhì)性多尺度分割，很好地避免了基于像元地物提取技術(shù)中所常見的“椒鹽”、“孔洞”等問題。針對目標(biāo)地物的不同情況，設(shè)置適合該種地物類型的分割參數(shù)，形成具有多種分割尺度的地物提取等級網(wǎng)絡(luò)體系，為后續(xù)地物提取引入了幾何、空間、邏輯判定等對象級的特征信息，豐富了地物提取判定規(guī)則。
　　 (3)針對高鐵沿線的農(nóng)村居民用地、城郊工業(yè)用地、城市居民用地三種典型建筑用地類型，以面向?qū)ο蟮匚锾崛〖夹g(shù)為依托，構(gòu)

7、建了相應(yīng)的建筑用地提取規(guī)則模型。采用模糊成員函數(shù)分類器的判定方式，對沿線的建筑用地對象進行準(zhǔn)確的隸屬度識別與地物類型賦值，得到純凈的建筑用地對象范圍。
　　 (4)利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的膨脹、腐蝕運算原理，構(gòu)建開、閉運算循環(huán)，對已提取出的建筑用地對象進行邊緣規(guī)則化處理，平滑了地物對象邊緣的鋸齒化效應(yīng)，消除由于多尺度切割所造成的地物對象邊緣粘連和完整對象內(nèi)部斷裂等現(xiàn)象。規(guī)則化處理后的提取結(jié)果更加準(zhǔn)確和優(yōu)化，更加貼合真實情況。最終，得到