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动态变化监测一般是将是将不同时相（至少两个时相）的遥感影像进行对比，从空间位置和数量上分析地物变化特征及未来发展趋势。它涉及变化的类型、分布状况和变化数，即判断变化前后的地面类型、界线与变化趋势。遥感动态变化监测是基于同一地点不同年份的图像间存在着光谱特征差异的原理，来识别地物状态或变化时过程。中铁城际规划建设有限公司

1  影响遥感动态变化监测的因素

遥感图像的获取过程中会受到一系列因素的影响，包括遥感系统本身和成像环境两方面。在遥感动态变化监测的过程中必须充分考虑这些因素在不同时间、具体情况下的影响，并采用一定的技术方法来消除这些影响，才能得到客观、可对比性较强的结果。

遥感系统本身的影响因素包括时间分辨率、空间分辨率和辐和辐射分辨率。根据被监测对象变化的时间来确定遥感成像时间，即时间分辨率；根据被监测对象空间尺度的具体情况来确定遥感图像分辨率，即空间分辨率；根据被监测对象的光谱变化特征来确定遥感数据的辐射量特性，即辐射分辨率。

环境因素的影响包括：遥感图像成像时刻的时间情况，即季节影响；成像时刻的空间情况，即地面影响；成像时刻的环境影响，即大气影响。

2  监测的主要方法

由多时相遥感数据据动态分析地表变化过程需要进行一系-系列图像处理工作，包括数据源选择、几何配准、、辐射处理与归一化、变化临测算法及应用等。根据监测对象的具体情况釆确定动态变化监测使用的遥感数据，包括遥感图像类型、成傢时间、空间分辨率等；利用地面控制点对不同时相的遥感图像进行精确的几何校正，以及图像与图像之间的配准。不同时相遥感图像之间的配准精度非常重要，对于变化监测而言，图像之间的配准误差应小于半个像元。不同时相的遥感图像之间需要进行辐射度匹配与归一化处理，即以其中一幅图像的统计直方图为基础，将其他图像的直方图与之匹配。其主要目的是保证不同时相的遥感图像上的像元亮度值之间具有可比性。。

．动态变化监测是遥感的重要研究领域，国际上许多学者已经进行了许多深人的研究(Howarth and Wickware, 1981; Howarth, 1986; Martin, 1986; Fung and LeDrew,1987; Campbell，1987; Richards，1993)。动态变化监测的方法主要有如下几种。中铁城际规划建设有限公司

(1)逐个像元对比法

这一种方法首先是对同一区域不同时相影像系列的光谱特征差异进行比较，确定被监测对象发生变化的位置。主要常用的的有以下几种对比方法。

(a)图像差值法

图像差值法是遥感中检测动态变化最简单的方法。首先两个影像需要配准，然后对这两个配准后的影像进行逐个像元的相减运算（图Z-l）。差值运算既可得到正值也可得到负值，正值和负值都代表变化的像元。在理想情况下。在两个时相中没有变化的像元应该具有相同的亮度值。因此，没有变化的像元在差值图像卜的期望值应该是0。因为噪声和许多不确定的因素，没有变化的像元几乎不可能在两个时相的图像上具有相同的值。在直方图上需要确定一个阈值以区分有变化和没变化的像元。

差值法的一个不足是讨分依赖于图修配准纠正的精确性。由于几何误差的在在。几乎乎不可能对两个时相的图像的同一像元元完全精确地配准。在图像配准几何纠正过程中的重采样也导致了混合像元的存在。另一个不足暴简单的芳值计算往往会使信息丢失．因为为绝对值不同的数值相减可能会产生同样大小的差值。

(b)图像比值法

图像比值法也是一种比较简单的检测两个时相图像变化的方法。将时相工图像的像元值与时相Ⅱ图像对应的像元值相除。当然，两个图像要一同配准纠正，然后才可以进行时相与时相之间的除法运算。类型发。类瓊发生变化区域的像元亮度值之比会显著偏大或非常接近o，而沬发生变化区域的亮度值接近于1。比值法可以部分消除阴影响，突出某些地物间的反差，具有一定的图像增强作用。

图像比值法能改善差值法的一些不足。差值法假设相同的差值：值反映了相同的变化量，这可能与事实不符。Todd在1977 年应用两个时相的Landsat MSS近红外波段的比值监测美国亚特兰大(Atlanta)的变化，他发现差差值法中中相同的差值在高数值和低数值所反映的情况是不同的。同一差值量有可能对应不同的变化量。

图像比值法运算简单，速度快，被认为是一种快速可行的检测变化方法，但也有不足的地方。除了纠正误差和存在混合像元对结果的影响外，比值法还受两幅图像大小不一致的影响。例如一幅图像LP取 -帜图像的菏围小，那样多余的部分在进行比值的时候会有问题。另外，作为分母的图像不能右零值，否则无法进行除行除法运算。比值图像的非正态分布也是一个弱点。

为了从差值或者比值图像勾画出明显变化的区域，需要设定一个阂值，将差值或者比值图像转换为简单的夺化、无蛮化图像，以反映变化的大小和分布。阈值的选择必须根据区域研究对象及周围环境的特点来定。在不同区域、不同时间、不同图像上采用的阈值会有所不同。通常，通过差值或比值图像的直方图来洗柽阈值边界，并需要多次反复试验。

以上两种方法可称为图像代数变化监测算法。

(2)回归分析法

过程中，受到太阳光、太阳高度角、大气等因素的影响，这些影响对于不同时相同时相的遥感数据来说是不同的。如果不消除或者降低这些影响，会导致变化监测的误差。由于误差的存在，两个时相的图像上的同一物体会呈现不同的灰度值，这对差值法、比值法的监测精度影响是很大的。

回归分析可以消除或降低这些不确定因素。在回归分析中，假定时相Ti的像元值是另一时相Tz像元值的一个线性函数，通过最小二乘法进行回归。经过回归处理后的遥感数据在一定程度上类似于进行了辐射水准的相对校正，因而能减弱多时相数据中由于大气条件和太阳高度角的不同所带来的不利影响如果没有变化，这两个时相的图像将呈很好的线性关系。时相Tz的图像可以准确地由时相T1的图像反演出来。理论上，在没有发生变化的情形，所有的像元都会落在设定回归范围之内的。如果有变化，则变化的像元会远离回归线。也可采用阈值来分离变化和不变化的像元。

(3)矢量分析法

该方法描述两个时相数据上同一地点地物变化的大小和方向。首先根据灰度值，计算出两个时相的遥感图像上同一地点的像元欧氏距离

式中，n为波段数。

如果这个距离值(D)超过了一个设定的阈值，就认为发生了变化，反之则没有，变化的方向反映了变化的类型，如森林被砍伐，其计算公式如下

           A=arctatan{[band2(t2)-band2(t2))/(band1(t2)-band1(t1)]}

(4)分类后对比法

分类对比法是最直接的检测变化的方法。对经过几何配准的多个不同时相的遥感图像分别做分类处理后，获得分类图像，并对每个像元进行逐一的对比，以生成变化图定址物变化的类型和位置。这种方法首先要求对多时相的图像进行猫立分类，监督分类和非监督分类都可以采用，，把两个分类结果蠢加，很容易就得到变化矩个分类匀有n个类别，最多可以得到nXn个变化类别。

变化检汎矩阵确定各变化像元的变化类型。此方法的仗点在于除了确定变化的空间位置外，还可提供关于变化性质（类型j的信息，而且可以回避逐个像元对比法所要求的影像成像时间、成像日期一致的条件，以及影像闯辐射校正、几何纠正、辐射度匹等问题。其缺点在于必须进行两次图像分类，把分类误差带进了变化信息中，而图像分类的可靠性严重影响着变化的准确性。

(5)掩膜法

研究表明分类后对比法往往容易过高估计变化的程度，主要是分类方法不统一造成的。Pilon等在1988年提出了采用掩膜法来改善分类后对比法的不足。该方法能较有效地综合差值法和分类后对比法这两种方法的优点。掩膜法首先把变化的像元和没有变化的像元区分出来。第一步是对第五波段进行增强，把没有变化的像元剔除出去，确定变化最明显的地方作为训练区，使用最大相似性进行分类。掩膜法能取得比较满意的变化检测精度。

(6)主成分分析法

从多于两个时相的遥感数据进行动态变化检测时，采用以上方法会碰到困难。主成分分析法(PCA)可用来对多光谱和多时相遥感数据进行分析，获取动态变化的信息。对经过几何纠正处理的多时相遥感图像进行主成分分析，形成新的互不相关的主成分分对经过几何纠正处理1{多时相遥感图伢进行主成分分析，形成新的互不相关的主成分分量，并直接对各个主分量进行对比。主成分分析法在多时相数据应用中可以明显地减少变化的信息。通过使用变化后的成分来代替原来的多光谱图像，可以比较容易地发现变化。

主成分分析法的优点是能够分离信息、减少相关，从而突出不同的地物目标，另外它对辐射差异具有自动校正的功能，因此无须再做辐射归一化处理。其不足之处在于它是基于纯粹的统计关系，因此它产生的分量的物理意义有时并不明确，而且当应用而且只劊反应变化的分布和大小，难以确定变化的类型。．

遥感动态变化监测的方法很多，各有其优缺点，在具体应用中要根据被监测对象的具体情况来诜择不同的监测算法。总的来说，逐个像元对比法电的图像善值法、图像比值法、图像回归法、矢量分析法，还有主成分分析法等都是以获取变化的大小和分布为目的，而不能获取变化的类型。而且；逐个像元对比法还需要严格的辐射校正和几何纠正，对遥感系统影响因素和环境影响因素要尽可能地降低，这样才能得到精度较高的变化、未变化的结果。幺类后比较法刘多时耗遥屉：图像同时分析，可以获得变化的类型。这种方法通过单独分类后叠加，可以直接获取变化的类型、面积和分布。由于受到分类精度即人为干扰等综合影响，精度没有逐个像元对比法高。中铁城际规划建设有限公司

遥感分类质量的提高一直是遥感研究的重要领域。新的分类算法的使用，人为干扰的减少，必定会大大提高分类后对后对比法的精度。就土地利用变化动态监测而言，主成分分析法、分类后对比法是两种比较合适的方法。土地利用变化监测必定是范围广、时相多、需要了解具体的变化类型，主成分法适合多于2个时相的遥感监测，而分类后对比法也随着遥感技术的发展、分类算法的改进、信息源的日益丰富。从定性分析到定量计算的要求等，将成为土地利用动态监测的一种行之有效的方法。

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