基于面向对象分类方法的SPOT5影像土地利用信息提取研究——以河南省临颍县为例

杨大志 付洛玲 段嵘峰 曹千红 管相荣

（河南省国土资源厅信息中心，郑州，450003）

摘要：本文采用面向对象分类的方法，使用专业遥感图像分类软件eCognition40，以河南省临颍县为研究区，对处理后的临颍县SPOT5影像进行多层次分割及合并，根据分类体系定义相应知识库，进行土地利用信息提取研究，探讨该方法在高空间分辨率遥感影像应用于土地利用/土地覆被自动分类中的应用潜能，为高分辨率影像用于土地利用分类信息提取提供新技术手段。

关键词：eCognition；SPOT5；自动分类；土地利用

土地资源利用状况调查、土地资源动态监测是土地管理工作的一个重要内容。近年来，随着空间遥感技术的发展，高分辨率遥感影像在土地资源调查、土地资源动态监测等领域中的应用日益广泛。高分辨率遥感数据与多光谱和高光谱分辨率数据相比，具有空间信息丰富、地物几何结构和纹理信息更加明显、波段较少的特点。对于高分辨率的遥感影像来说，利用传统的面向像元的图像分类方法来提取土地利用分类信息，易造成分类精度低，空间数据大量冗余以及资源的浪费［1～2］。实际上，靠传统的面向像元的遥感图像分类法来提取土地利用信息已不能满足实际运用的要求。因此，基于高分辨率遥感影像土地利用分类信息提取必须根据其特点采取新的技术方法，建立起图像数据与目标特性之间的物理—机理联系，而不仅仅是统计联系，才能充分挖掘高分辨率遥感影像所包含的信息，这是高分辨率卫星影像信息处理成败的关键［3］。面向对象分类技术作为一种新的遥感影像很好地解决了这个问题，而eCognition软件正是基于面向对象方法的影像分类技术。本文就是基于该软件以河南省临颍县土地利用分类信息提取为例对该方法进行了探讨。

1 研究区概况和资料基础

研究选取河南省临颍县作为研究区。临颍县位于河南省中部，颍河上游，属漯河市，面积821km2，人口6576 万，辖15个乡镇，362个行政村。临颍县地处颍河冲积平原，西北部较高，东南部稍低。图1是河南省临颍县SPOT5遥感影像图。

本研究主要以下述资料为研究基础。

11 影像数据

本次遥感图像分类采用数据为SPOT5 （25 m分辨率）影像数据，景带号为279/281和279/282，接收时间为2004年9月。两景数据采用Erdas 87软件进行处理，通过配准校正融合，选择克拉索夫斯基椭球体和高斯—克吕格投影，通过裁切，得到临颍县遥感影像数据（见图1）。

图1 河南省临颍县 SPOT5 遥感影像图

12 矢量数据

近年的土地利用数据库数据。

13 其他资料

与研究区有关的行政区划、农、林等方面的文献资料。

通过近年的土地利用数据库数据和影像数据研究可以发现临颍县土地利用类型较丰富，主要以农用地为主，地物类型比较全面，是研究土地利用/土地覆被的较好选择。

2 面向对象分类方法简介

面向对象的分类方法是一种智能化的自动影像分析方法，它的分析单元不再是单个像素，而是由若干个像素组成的像素群，即目标对象［4］。目标对象比单个像素更具有实际意义，特征的定义和分类均是基于目标对象进行的。通常面向对象的分类方法包括两个步骤：多分辨率分割和模糊逻辑分类［5］。

eCognition软件采用面向对象的遥感影像解译思想。首先根据像元光谱信息、局部区域纹理信息以及形状和尺度参数自动将影像分割为若干相对同质的区域，称为影像对象（Image objects），为下一步分类提供信息载体和构建基础［6］，所有后续的分类工作都基于这些影像对象进行，分类结果避免了斑点噪声而具有很好的整体性，改变了以往面向像素进行分类的传统。同时，软件提供最邻近法和模糊隶属度函数两种解译方法。

本研究就是采用面向对象的分类方法，以eCognition 中membership function （隶属度函数）为主，模仿目视解译过程，从遥感信息机理与地学规律的综合分析入手，综合其他辅助信息进行分类。通过对辅助资料、外业调查成果以及软件的学习得到了临颍县各类典型地物分类的知识，并以相应的形式表示这些知识，集成影像亮度值、亮度值关系和几何形状以及纹理、邻近关系等特征，对试验区土地利用/覆被进行分类。

3 分类体系和技术流程

31 分类体系

根据临颍县土地利用实际情况，参照历年土地利用分类标准，本次信息提取分类采取的分类体系如图2所示。

32 技术流程

使用eCognition软件对研究区SPOT5影像数据进行土地利用信息提取研究分如下几步进行：①把处理好的影像数据输入到软件中，定制分割参数，对其执行分割，生成影像对象；②根据研究区地物类型创建分类层次结构；③确定合适的分类方法（包括最邻近法和模糊隶属度函数两种方法），选取相应地物类型样本或者分类特征，构建知识库，执行分类，并可根据目视解译结果和事先准备的调查区资料对分类结果进行人工干预，进一步提高分类精度；④对分类结果进行分类精度评价；⑤把分类结果输出，输出的格式可以为所需要的相应的矢量格式或栅格格式。本研究的技术流程如图3所示。

图2 研究区地物类型

图3 研究技术流程图

4 主要分类过程

41 定制分割参数

分割参数的定制相当重要，它关系到每一个分类对象的大小，直接影响到最后的分类结果。通过多次试验，本次分类决定采用多层次分割的方法进行：水体和非水体信息的提取以分割参数为80进行，其他参数均为默认；分类体系中其他类别信息的提取在首次分割基础上，以分割参数为65，其他参数也为默认对非水体进行多重分割，来进行其他地物类型的分类。

42 制定分类策略，创建类层次结构

在进行分类之前，首先要参照研究区地物类型，分析每种地物类型特征及其相互之间的关系，制定合适的分类策略，创建类层次结构。可利用的研究对象属性特征包括色调、形状、面积/大小和纹理等特征，各对象之间关系包括与父对象之间、与子对象之间以及与邻对象之间的关系三种类型。对象属性特征选取正确与否及其在多大程度上被正确表达对分类结果有着重要影响，它决定了最后分类正确与否和其精度。面向对象的分类方法可以模仿人类大脑认知过程，充分利用每种地物类型特征，按照由简单到困难的顺序逐步剥离提取分类体系中每种地物信息。通过研究本次分类所要提取信息自身特征及其相互之间关系，制定本次分类的分类策略，创建了类层次结构，如图4所示。

图4 类层次结构示意图

43 分类特征的选取

根据创建的类层次结构，选取合适的对象属性，对对象属性进行定义，提取出相应对象的土地利用信息。本次分类采用以下几步进行：

（1）提取水体信息 分割参数设为80，对影像进行分割，分割后，在整个研究区均匀选取样本，采用标准最邻近方法（Standard Nearest Neighbor）对遥感影像进行分类（类似于监督分类），提取水体信息。在此基础上，依据水体的形状特征，把水体分为河流水面和坑塘水面两类。根据实验，长宽比大于3是河流，小于3的是坑塘。

（2）提取植被信息，并进一步把植被分为耕地和林地 首先把提取出的水体信息保护起来，在首次分割的基础上对非水体进行再分割，分割参数设为65，其他参数为默认值，把非水体分为植被和非植被两类，然后根据耕地和林地的不同特征把其信息提取出来。

（3）对非植被信息进一步细分，从中提取出主要交通道路、城镇居民点工矿和裸地（已收获耕地） 信息 首先从非植被信息中提取出交通道路和非交通道路信息，然后把非交通道路细分为裸地（已收获耕地）和城镇居民点工矿两类。

此时，分类体系中的所有类别信息已经全部提取出来，可根据实际情况对分类结果进行手工编辑，进一步删除一些过小对象和纠正一些错分信息。当分得的各类信息结果都比较满意后，进行基于分类的融合，把小对象合并为大的对象，通过手工编辑和基于分类的融合后，得到最终分类结果如图5所示。

图5 遥感影像分类结果图

44 分类精度评价

得到分类结果后，要根据分类得到的结果进行分类精度评价。评价采用如下方法进行：在分割后的影像上均匀随机选取每个地类的目标对象，选取的目标对象数目根据分类结果得到的每个地类的目标对象数目而定，进行自动统计，得到统计结果。统计结果如表1所示。

表1 分类结果精度评价表

通过分类结果精度评价表可以发现，自动分类的最后分类精度超过了80%，这对于研究区来讲，分类结果还是比较令人满意的。同时，根据统计结果可以得到如下结论：耕地、城镇居民点、坑塘、河流信息提取的效果较好；相对而言，裸地和道路信息提取比较困难；林地信息由于同耕地信息相近，提取起来也有相当的难度，还有待于今后进一步研究。

通过研究表明，采用面向对象方法进行图像解译和信息的自动提取与面向像元方法相比具有较强优势。面向对象的分类方法可以灵活运用地物本身的几何信息和结构信息，纹理信息以及上下层关系信息、邻近关系信息等，更主要的是可以加载人的思维，构建知识库，从而提高了分类的精度，为各种不同地物的分类提供了更多的依据，比如通过影像的形状和纹理特征可以有效地识别河流、道路、建筑物的形状。利用eCognition对高分辨率遥感图像进行土地利用自动分类，快速简便，而且能够达到较高精度，节省了大量的人力物力，为大面积土地利用调查和监测提供了新的科学方法。

参考文献

丁晓英eCognition在土地利用项目中的应用［J］测绘与空间地理信息，2005，28 （6）：116～120

刘亚岚，阎守邕，王涛等遥感图像分区自动分类方法研究［J］遥感学报，2002，6 （5）：357～362

孙晓霞，张继贤，刘正军利用面向对象的分类方法从IKONOS全色影像中提取河流和道路［J］测绘科学，2006，31 （1）：62～63

eCognition 3 Made in Germany ［Z］

Sun XiaoxiaAn object－oriented classification method on high resolution satellite data ［Z］ACRS2004，Istanbul

杜凤兰面向对象的地物分类方法分析与评价［J］遥感技术与应用，2004，19 （1）：20～23

　　驾车路线：全程约3306公里

　　起点：栾川县

　　1洛阳市内驾车方案

　　1) 从起点向正东方向出发，沿幸福路行驶370米，过左侧的方圆百货批发约230米后，右前方转弯进入伏牛北路

　　2) 沿伏牛北路行驶11公里，直行进入兴华东路

　　3) 沿兴华东路行驶240米，在第3个出口，朝滨河大道/钼都路方向，直行进入滨河大道

　　4) 沿滨河大道行驶22公里，直行进入滨河大道

　　5) 沿滨河大道行驶130米，在第2个出口，朝鸾州大道/洛栾高速方向，左前方转弯进入君山东路

　　6) 沿君山东路行驶12公里，稍向左转进入鸾州大道

　　7) 沿鸾州大道行驶33公里，朝S96/洛阳/S88/武西高速方向，稍向右转进入栾川互通立交桥

　　2沿栾川互通立交桥行驶15公里，直行进入洛栾高速

　　3沿洛栾高速行驶1225公里，朝G36/S85方向，稍向右转上匝道

　　4沿匝道行驶13公里，直行进入宁洛高速

　　5沿宁洛高速行驶81公里，朝济源/晋城方向，稍向右转进入郑卢高速

　　6沿郑卢高速行驶612公里，朝许昌/S32方向，稍向右转上匝道

　　7沿匝道行驶11公里，直行进入禹登高速

　　8沿禹登高速行驶262公里，直行进入永登高速

　　9沿永登高速行驶590公里，朝许昌南/兰考/G4/S32方向，稍向左转上匝道

　　10沿匝道行驶14公里，直行进入永登高速

　　11漯河市内驾车方案

　　1) 沿永登高速行驶114公里，过G107立交桥，朝郑州/G4/武汉/许昌东区方向，稍向右转上匝道

　　2) 沿匝道行驶17公里，直行进入京港澳高速

　　3) 沿京港澳高速行驶167公里，在临颍/西华/S329/南街村景区出口，稍向右转进入临颍立交桥

　　4) 沿临颍立交桥行驶570米，直行

　　5) 行驶250米，朝临颍/S329方向，右转

　　6) 行驶160米，直行进入石临线

　　7) 沿石临线行驶21公里，直行进入颍川大道

　　8) 沿颍川大道行驶90米，直行进入S329

　　9) 沿S329行驶37公里，左转进入新城路

　　10) 沿新城路行驶17公里，过右侧的金龙广场约140米后，右转进入人民路

　　11) 沿人民路行驶440米，过右侧的南洋百货(临颍店)约60米后，左转

　　12) 行驶10米，调头

　　13) 行驶10米，右转进入人民路

　　14) 沿人民路行驶380米，到达终点(在道路右侧)

　　终点：临颍县

驾车路线：全程约13266公里

起点：临颍县

1临颍县内驾车方案

1) 从起点向正东方向出发，沿人民路行驶11公里，左转进入G107

2) 沿G107行驶17公里，右前方转弯进入S329

3) 沿S329行驶56公里，过右侧的中国石化临颖石油分公司第九加油站约110米后，左转

4) 行驶160米，过临颍收费站约70米后，朝北京方向，稍向右转

5) 行驶500米，左前方转弯

6) 行驶290米，在入口，进入G4

7) 沿G4行驶175公里，朝平顶山/南阳方向，稍向右转

8) 行驶720米，在入口，进入S83

2沿S83行驶127公里，朝禹州/登封方向，稍向右转进入S32

3沿S32行驶859公里，在出口，

4行驶490米，朝登封/少林寺/洛阳/S85方向，稍向右转

5行驶11公里，在入口，进入S85

6沿S85行驶600公里，直行进入G36

7沿G36行驶369公里，朝三门峡/西安方向，稍向左转

8行驶13公里，过潘沟大桥，在入口，进入G30

9沿G30行驶3245公里，朝西安绕城方向，稍向右转进入方家村立交

10沿方家村立交行驶400米，朝商洛/南阳/山阳/十堰方向，稍向右转进入方家村立交

11沿方家村立交行驶11公里，在入口，进入绕城高速公路

12沿绕城高速公路行驶325公里，朝汉中/成都/西三环/西户路方向，稍向右转进入河池寨立交桥

13沿河池寨立交桥行驶320米，朝汉中/成都/G5方向，稍向左转进入河池寨立交桥

14沿河池寨立交桥行驶10公里，过河池寨立交，在入口，进入G5

15沿G5行驶4314公里，在昭化出口，

16行驶320米，右前方转弯

17行驶450米，朝宝轮方向，稍向右转

18行驶30米，左前方转弯

19行驶40米，左前方转弯

20行驶36公里，右前方转弯进入清江河大桥

21沿清江河大桥行驶290米，过清江河大桥约280米后，直行进入G108

22沿G108行驶28公里，过右侧的加油站约160米后，左前方转弯进入G212

23沿G212行驶2008公里，直行进入X484

24九寨沟县内驾车方案

1) 沿X484行驶319公里，直行进入S301

2) 沿S301行驶684公里，左后方转弯

3) 行驶120米，到达终点(在道路左侧)

终点：九寨沟风景区

驾车路线：全程约9011公里

起点：临颍县

1漯河市内驾车方案

1) 从起点向正东方向出发，沿人民路行驶11公里，左转进入迎宾路

2) 沿迎宾路行驶18公里，直行进入G107

3) 沿G107行驶187公里，进入G107

4) 沿G107行驶80米，在第1个出口，右后方转弯进入东环路

5) 沿东环路行驶13公里，稍向右转进入X015

6) 沿X015行驶720米，稍向右转上匝道

2沿匝道行驶860米，直行进入京港澳高速公路

3沿京港澳高速公路行驶1132公里，朝焦作/晋城/S86方向，稍向右转上匝道

4沿匝道行驶18公里，直行进入原焦高速公路

5沿原焦高速公路行驶571公里，朝焦作西/晋城/G5512方向，稍向左转进入晋新高速公路

6沿晋新高速公路行驶830米，过宁郭互通式立交，直行进入晋新高速公路

7沿晋新高速公路行驶566公里，朝济源/太原/洛阳/阳城方向，稍向右转上匝道

8沿匝道行驶15公里，直行进入晋城绕城高速公路

9沿晋城绕城高速公路行驶185公里，稍向左转进入二广高速公路

10沿二广高速公路行驶250米，直行进入二广高速公路

11沿二广高速公路行驶1725公里，过峡口桥，朝平遥/左权/汾阳/S66方向，稍向右转进入榆社枢纽

12沿榆社枢纽行驶980米，过榆社枢纽约830米后，直行进入和汾高速公路

13沿和汾高速公路行驶1214公里，朝吴城/吕梁方向，稍向左转进入汾阳枢纽

14沿汾阳枢纽行驶530米，过汾阳枢纽约10公里后，直行进入青银高速公路

15沿青银高速公路行驶744公里，朝朔州/运城/枣林/临县方向，稍向右转上匝道

16沿匝道行驶19公里，直行进入呼北高速公路

17沿呼北高速公路行驶687公里，朝榆林/兴县/岢岚/S50方向，稍向右转进入右芮高速公路

18沿右芮高速公路行驶12公里，直行进入平临高速公路

19沿平临高速公路行驶433公里，过临县黄河大桥，直行进入榆佳高速公路

20沿榆佳高速公路行驶303公里，稍向右转上匝道

21沿匝道行驶940米，直行进入神米高速公路

22沿神米高速公路行驶656公里，朝神木/西沟方向，稍向左转上匝道

23沿匝道行驶750米，直行进入榆商高速公路

24沿榆商高速公路行驶304公里，过半切墩大桥，朝神木/店塔方向，稍向右转进入榆商高速公路

25沿榆商高速公路行驶430米，过神木立交约310米后，直行进入榆商高速公路

26榆林市内驾车方案

1) 沿榆商高速公路行驶11公里，朝神木方向，稍向右转进入榆商高速公路

2) 沿榆商高速公路行驶60米，直行进入榆神路

3) 沿榆神路行驶91公里，右转进入S204

4) 沿S204行驶300米，右转

5) 行驶20米，右前方转弯

6) 行驶20米，到达终点(在道路左侧)

终点：二郎山

驾车路线：全程约4143公里

起点：临颍县

1临颍县内驾车方案

1) 从起点向正东方向出发，沿人民路行驶11公里，左转进入迎宾路

2) 沿迎宾路行驶17公里，右前方转弯

3) 行驶80米，进入颍川大道

4) 沿颍川大道行驶33公里，稍向右转进入石临线

5) 沿石临线行驶23公里，左转上匝道

6) 沿匝道行驶10公里，直行进入京港澳高速公路

7) 沿京港澳高速公路行驶169公里，朝永城/兰考/S32/S83方向，稍向右转上匝道

8) 沿匝道行驶10公里，直行进入永登高速公路

2沿永登高速公路行驶132公里，朝鄢陵/S83/兰考方向，稍向右转进入兰南高速公路

3沿兰南高速公路行驶1131公里，过陇海铁路大桥，朝兰考西/菏泽/G1511/G30方向，稍向右转进入日兰高速公路

4沿日兰高速公路行驶11公里，直行进入日兰高速公路

5沿日兰高速公路行驶1512公里，朝东平/济南/G35方向，稍向右转进入济广高速公路

6沿济广高速公路行驶620米，过王官屯枢纽约240米后，直行进入济广高速公路

7沿济广高速公路行驶1027公里，在平阴出口，稍向右转进入平阴互通

8沿平阴互通行驶610米，过平阴互通约700米后，直行

9平阴县内驾车方案

1) 行驶440米，左前方转弯进入G220(旧)

2) 沿G220(旧)行驶11公里，直行进入翠屏街

3) 沿翠屏街行驶710米，过右侧的九阳健康饮食电器馆约160米后，右转进入榆山路

4) 沿榆山路行驶670米，左转进入府前街

5) 沿府前街行驶60米，到达终点(在道路右侧)

终点：平阴县

驾车路线：全程约11651公里

起点：南平市

1南平市内驾车方案

1) 从起点向东南方向出发，沿黄山岭行驶40米，右转进入八一路

2) 沿八一路行驶270米，过右侧的美的家庭中央空调空气能热水机闽北办事处，稍向左转进入人民路

3) 沿人民路行驶640米，过右侧的麦当劳滨江餐厅，右转进入江滨中路

4) 沿江滨中路行驶880米，进入江滨中路

5) 沿江滨中路行驶150米，在第3个出口，朝高速/南平新大桥方向，稍向左转进入江滨南路

6) 沿江滨南路行驶32公里，直行进入G205

7) 沿G205行驶14公里，朝G25/长深高速方向，稍向右转上匝道

8) 沿匝道行驶10公里，直行上匝道

2沿匝道行驶970米，直行进入长深高速公路

3沿长深高速公路行驶441公里，过际口大桥，朝将乐/泰宁/南昌方向，稍向左转进入福银高速公路

4沿福银高速公路行驶690米，过际口枢纽，直行进入福银高速公路

5沿福银高速公路行驶1902公里，过南城枢纽2约13公里后，直行进入济广高速公路

6沿济广高速公路行驶57公里，朝南昌/武汉/抚州方向，稍向左转进入福银高速公路

7沿福银高速公路行驶1099公里，朝昌北机场/九江/南昌东/瑶湖方向，直行进入南昌绕城高速公路

8沿南昌绕城高速公路行驶880米，过昌东南枢纽，直行进入南昌绕城高速公路

9沿南昌绕城高速公路行驶721公里，朝九江/武汉/合肥方向，稍向右转进入福银高速公路

10沿福银高速公路行驶，过南昌北枢纽约560米后，直行进入福银高速公路

11沿福银高速公路行驶961公里，朝九江西/武汉/合肥/G70方向，稍向左转进入福银高速公路

12沿福银高速公路行驶970米，过七里湖枢纽，直行进入福银高速公路

13沿福银高速公路行驶474公里，朝武汉/合肥/安庆/G50方向，稍向右转进入福银高速公路

14沿福银高速公路行驶13公里，过黄梅互通约340米后，直行进入沪渝高速公路

15沿沪渝高速公路行驶897公里，朝黄冈/麻城/开封/大广高速(北)方向，稍向右转上匝道

16沿匝道行驶710米，直行进入大广高速公路

17沿大广高速公路行驶3846公里，朝洛阳/南京/G36方向，稍向右转进入大广枢纽互通立交

18沿大广枢纽互通立交行驶610米，过大广枢纽互通立交约850米后，直行进入宁洛高速公路

19沿宁洛高速公路行驶649公里，朝许昌/郑州/G4方向，稍向右转上匝道

20沿匝道行驶18公里，直行进入京港澳高速公路

21沿京港澳高速公路行驶313公里，在临颍/西华/S329出口，稍向右转上匝道

22沿匝道行驶11公里，朝临颍/S329方向，右转进入石临线

23临颍县内驾车方案

1) 沿石临线行驶23公里，直行进入颍川大道

2) 沿颍川大道行驶38公里，左转进入新城路

3) 沿新城路行驶19公里，右转进入人民路

4) 沿人民路行驶480米，左转

5) 行驶10米，调头

6) 行驶10米，右转进入人民路

7) 沿人民路行驶380米，到达终点(在道路右侧)

终点：临颍县

全程共2507公里,2小时44分钟,收费100元

1从起点出发，在牡丹区城区行驶19公里，左转进入S346

2沿S346行驶9公里，稍向右转走匝道（经菏泽南收费站），朝郑州/南阳方向，进入日兰高速/G1511

3沿日兰高速/G1511一直向前行驶2129公里，从郑州/G4/武汉出口离开，朝武汉/G4方向，进入京港澳高速/G4 收费15元>>

4沿京港澳高速/G4行驶165公里，从临颍/西华/S329出口离开（经临颍收费站），朝临颍方向 收费85元>>

5一直向前行驶56公里，过加油站约50米后左转进入G107/迎宾路

6进入临颍县城区行驶29公里，到达终点

临颍中考分数线：

漯河高中525分

漯河实验高中479分（春蕾班488分）

漯河四高495分

漯河五高507分

舞阳一高488分

临颍一高506分

全市普通高中录取最低控制分数线：276分

全市特长生录取最低控制分数线：200分

漯河市2022年普通高中招生第三批次学校录取分数线：

漯河高中中韩高中教育项目：380分；

漯河市宇华实验学校：276分；

漯河市许慎高级中学:276分；

漯河周彦生艺术高级中学:276分；

舞阳县春雨国文学校:297；

临颍县博雅学校:276；

临颍县晨中学校:276。

漯河市2022年普通高中招生第二批次学校录取分数线：

漯河市第二高级中学：372分 ；

漯河市第三高级中学：377分 ；

郾城高级中学：370分；

郾城实验高中：379分；

召陵区实验高中：378分；

舞阳县第二高级中学：364分；

临颍县第二高级中学：276分；

临颍县第三高级中学：362分。