北京二号数据在基础性地理国情监测中的适用性分析

胡芳 曾海波 瞿丽

摘 要  以湖南省常德市汉寿县为研究区域，基于已有的地理国情普查成果，按照基礎性监测更新时点要求，选择覆盖试验区范围内的北京二号影像数据作为监测数据源，仅从地表覆盖数据成果的更新角度，对该数据源应用于基础性地理国情监测地表覆盖更新的效果和精度进行评价分析。结果表明，北京二号卫星数据的几何纠正精度较好、光谱信息丰富、地物解译标志清晰，完全可以满足基础性地理国情监测正射影像精度和地物解译精度的精度要求。

关键词  北京二号卫星数据;基础性地理国情监测;适用性分析

中图分类号：F301                     文献标识码：A

Abstract： Based on the results of the survey of geographical conditions， according to the requirements of the basic monitoring and updating， this paper chooses the single scene image data covering the test area as the monitoring data source， and only from the surface covering the data from the perspective of the update on the TRIPLESAT applied to the basic geographical conditions to monitor the availability of surface coverage updates， and update the results of evaluation and analysis. The results show that the data of Beijing No.2 satellite data is rich in information， and the interpretation of terrain is clear and can reflect the information of the object， and the interpretation of the object is better， which can meet the requirements of basic geography and national conditions.

Keywords： BJ-2 satellite data; basic  geographical  conditions  monitoring;  applicability analysis

1  引言

2015年7月11日北京二号小卫星星座在印度Satish Dhawan空间中心发射，该星由3颗0.8米分辨率的光学遥感卫星组成，可实现多景、条带、沿轨立体、跨轨立体和区域等5种成像模式。同时，可提供覆盖全球、空间、时间分辨率俱佳的遥感卫星数据和空间信息产品，可为国土资源管理、农业资源调查、生态环境监测、城市综合应用等领域提供空间信息支持[1]。

地理国情普查作为一项重大的国情国力调查，是全面获取地理国情信息的重要手段，也是掌握地表自然、生态以及人类活动基本情况的基础性工作。基础性地理国情监测是以第一次全国地理国情普查形成的成果数据库为基础，利用卫星影像数据等方法采集各类变化信息，补充新增内容，形成持续、稳定、标准和权威的时间序列化地理国情信息数据，为各项专题性监测提供基础性的支撑，并满足相关行业对地理国情信息的共性需求[2-4]。

本文根据基础性地理国情监测的技术要求，对北京二号卫星数据应用的影像精度、地类识别能力等进行分析评价，为北京二号卫星数据在基础性地理国情监测项目中的充分应用提供支持与参考。

2  实验区域与数据

为了测试北京二号卫星数据在基础性地理国情监测中的适应性，综合考虑北京二号卫星影像数据覆盖情况、基础性监测时点要求、单景影像云雾覆盖、区域地形地貌、社会经济发展水平等因素[2-4]，本研究以湖南省常德市汉寿县作为实验区，选择了两景北京二号卫星数据作为试验数据，两景同区域相近时相的高分二号卫星数据作为对比分析数据源，具体如表1所示。

3  研究路线

基础性地理国情监测采用内外业结合的方法开展，按照“内业为主、外业为辅”的原则安排任务，利用第一次全国地理国情普查成果数据作为监测本底，基于监测中获取的试验区北京二号遥感影像数据，识别变化区域，采用遥感影像解译、变化信息提取、数据编辑与整理、外业调查等技术与方法，充分利用已经收集的解译样本数据辅助内业解译，采集变化信息，结合多行业专题数据，对普查成果数据进行更新。内业无法获取和难以识别的区域辅以外业调查，其他变化区域，应合理确定核查路线开展外业核查，确保采集的变化信息的准确性[4-5]。研究路线如图1。

4   影像精度分析

选取同区域的北京二号和高分二号原始影像数据各一景作为测试数据，按照地理国情普查《数字正射影像生产技术规定》标准，对选取的数据分别进行正射纠正与镶嵌，在此基础上分别对其平面精度进行评价。其中，一二类监测区域按1：10000 地形图成图精度要求进行正射影像生产;三类监测区域可按照1：25000 地形图成图精度要求进行正射影像生产;四类监测区正射影像精度可放宽至1：50000 成图精度要求[6-8]。

数字正射影像地物点相对于附近野外控制点的点位中误差应小于等于表2规定的值。

根据地形类型分别随机选取25个同名地物点，对两景卫星影像的平面精度进行对比，对比结果显示，两景影像精度完全均可以满足1：10000成图精度的要求，且北京二号卫星平面精度在平地和丘陵地区明显高于高分二号卫星数据平面精度，在山地、高山地区略低于高分二号平面精度，整体上，两种影像的精度差异相差不大。说明北京二号影像数据可以应用于监测型号一、二类型区的要求，完全可以应用于基础性监测，具体评价精度统计如表3所示。

5  数据对比分析

（1）基于北京二号数据地表覆盖现状数据解译

为更加准确、全面地分析北京二号卫星影像数据在地理国情普查、监测中的适应性，以比例尺为1：10000的图幅为解译单元，根据地理国情地表覆盖分类指标体系，按照地理国情普查地表覆盖数据采集的流程与标准，基于正射纠正的北京二号影像数据，对整个图幅进行地表覆盖数据采集。以通过验收的地理国情普查成果为参考，根据解译的结果，评价北京二号卫星数据在地理国情普查、监测中的精度[9-12]。其中，通过验收的地理国情普查成果数据基于高分辨率数码航空影像提取，并经外业调查核实确定。本研究未开展外业核查工作，故对需要经外业才能确定的要素，不参与评价，另研究区域不涉及到的地表覆盖类型不参与评价。

1）现状解译面积精度分析

基于北京二号数据提取的地表覆盖成果与地理国情普查相应成果进行对比分析，如表4所示。从表4中可见，研究区域利用北京二号数据共计提取115个图斑，总体上没有地理国情普查成果丰富，部分面积较小的图斑易遗漏。从各地表覆盖类型的面积上看，基于北京二号提取的成果可以较为准确地识别地表覆盖一级类中的耕地、林地、房屋建筑（区）、水域;

2）最小可识别图斑分析

根据基础性监测地表覆盖分类标准，分别对地表覆盖的一级类别进行提取与识别，通过提取可以识别基于北京二号卫星影像进行地表覆盖分类，各地表覆盖分类的最小可识别面积如表5所示。

根据地理国情普查内容采集指标要求，各地表覆盖类别的最小采集面积，均大于最小可识别图斑类型面积，由此可推断，基于北京二号遥感卫星影像数据完全可以应用于地表覆盖数据分类的三级指标的解译，由此可以确定该卫星数据可以满足地理国情普查地表覆盖分类指标体系的采集要求。

3）图斑套合误差评价

将处理后的北京二号影像和普查数据成果比较，图斑的整体套合误差值在1个像素左右，按照基础性地理国情监测的图斑套合误差要求：套合中误差应小于2 像素（不同分辨率影像套合，按照较低分辨率影像像素计算，最大不超过4 米），最大误差不超过2倍中误差，按照这一标准及要求，可以判断，基于北京二号影像的图斑套合精度完全满足基础性地理国情监测的要求，具体图斑套合效果，如图2所示：

（2）地表覆盖数据变化识别属性精度分析

为了更加准确、全面地反映北京二号卫星影像对地物的识别能力，本次分析过程中，同时相的GF2号卫星影像数据进行对比，按照地理国情普查基础性监测的标准，分别采用人机结合的方式进行变化区域检测，分别准确识别变化区域，并对识别的结果进行对比分析。

基础性地理国情监测中，地表覆盖分类变化主要针对非人工建造类别变更为人工建造类别，以及部分人工建造类别发生了显著或根本变化的建造强度变化，主要的变化类别如表6所示。

地表覆盖更新主要变化提取对比结果示例如表7所示，从高分二号和北京二号的各地表覆盖类型影像表现看，北京二号卫星影像的亮度适中，对比度较明显，地类界线更清晰，有利于变化地类图斑的识别与勾绘。

以通过验收的地理国情普查成果数据作为真值，将基于北京二号卫星影像提取的地类变化图斑与其进行对比，套合一致的为正确图斑，无法套合的为伪变化图斑。

根据基于北京二号卫星影像与高分二号卫星影像提取的地表覆盖更新变化对比成果，可以得出以下结论：

1）将北京二号卫星影像数据应用于基础性地理国情监测，此类数据源可以明显识别地表覆盖类别耕地、林地、园地、草地、房屋建筑区、道路、构筑物和人工堆掘地等一级类;同时可以有效地对地表覆盖二级、三级类别进行识别，完全可以满足基础性地理国情监测应用需要。

2）通过与分辨率相似的GF2号卫星影像数据对比分析可知，北京二号卫星影像数据影像质量较GF2号卫星数据清晰、数据识别能力在地表覆盖各类别中均优于GF2号影像数据。

6  结论与展望

本文对实验区北京二号卫星数据在基础性地理国情监测中的影像精度、地表覆盖现状解译精度、地表覆盖数据变化识别属性精度等进行了分析评价，结果表明：

（1）对比同分辨率国产卫星影像精度可知，北京二号卫星影像精度完全均可以满足1：10000成图精度的要求，且北京二号卫星平面精度在平地和丘陵地区明显高于高分二号卫星数据平面精度，在山地、高山地区略低于高分二号平面精度，完全满足基础性地理国情监测一、二类型区的需要;

（2）北京二号卫星数据可以满足基础性地理国情监測中图斑发现、勾绘、属性判读等工作，效果优于高分二号;

（3）北京二号卫星影像上，水渠的提取精度较低，其他地类精度均优于90%，最小识别图斑方面，人工堆掘地类型识别水平最低，但总体质量优于高分二号。

为全面评估数据在工程业务中的应用，依然有以下工作需要开展：

（1）北京二号可提供多景、条带、沿轨立体等模式，本次测试工作获取的是光学多光谱和全色数据，暂不明确采集模式，无法对各种采集模式进行评估。同时，未收集到立体数据，暂未开展相关工作，建议后续工作中可以对各种模式大量数据（至少超过1万平方公里）进行评估和测试。

（2）湖南省由于云雨天气较多，在合适的采集窗口，进行数据拍摄显得尤为重要，这也是检验卫星应用系统的一项重要指标，建议提供相应的数据采集订单（即编程模式），根据数据采集的有效率进行相关工作评估。

参考文献/References

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