Please wait a minute...
 
自然资源遥感  2025, Vol. 37 Issue (2): 56-65    DOI: 10.6046/zrzyyg.2023358
  技术方法 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
基于HSV和纹理特征的裸地分层精细提取
卫虹宇1,2,3(), 姚文举1,2,3(), 孙建1,2,3, 孙嵩1,2,3, 张焕雪4
1.山东省鲁南地质工程勘察院(山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队),兖州 272100
2.山东省大数据产业创新中心,兖州 272100
3.高分辨率对地观测系统济宁数据与应用中心,兖州 272100
4.山东师范大学地理与环境学院,济南 250358
Hierarchical fine-scale information extraction of bare land based on hue-saturation-value and texture features
WEI Hongyu1,2,3(), YAO Wenju1,2,3(), SUN Jian1,2,3, SUN Song1,2,3, ZHANG Huanxue4
1. Shandong Provincial Lunan Geology and Exploration Institute(Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources No.2 Geological Brigade), Yanzhou 272100, China
2. Shandong Big Data Industry Innovation Center, Yanzhou 272100, China
3. Jining Data and Application Center of High Resolution Earth Observation System, Yanzhou 272100, China
4. College of Geography and Environment, Shandong Normal University, Jinan 250358, China
全文: PDF(8462 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

裸地提取对于国土规划、环境保护和可持续发展具有关键作用。已有的裸地提取方法在大范围、多时相的应用中难以兼顾提取效率和提取精度,针对该问题,提出一种基于色调-饱和度-明度(hue-saturation-value,HSV)特征分析构建归一化差值指数,结合纹理特征和植被指数,分层精细、简单高效地实现裸地提取的方法,并应用于山东省曲阜市城区。首先,以3期高分一号(GF-1)卫星影像为数据源,将影像的红、绿、蓝波段转换到HSV色彩空间,基于裸地与其他地物类型在H,S,V分量上的差异,构建归一化差值SH指数和归一化差值SV指数,实现裸地分层初步提取; 然后,对H,S,V分量差异不明显的低层建筑区与裸地引入纹理特征,对比分析不同纹理特征,实现裸地进一步提取; 最后,利用归一化植被指数实现裸地的最终提取,并进行结果后处理。结果表明,构建的归一化差值指数结合同质性纹理特征的提取效果最好,裸地提取的总体精度在93%以上,Kappa系数在0.84以上,均高于对比的分类方法,说明所提方法对裸地提取的有效性,为裸地提取提供新的思路和方法。

服务
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
卫虹宇
姚文举
孙建
孙嵩
张焕雪
关键词 高分一号裸地分层精细提取HSV纹理特征    
Abstract

Extracting information about bare land is crucial for territorial planning, environmental protection, and sustainable development. However, current information extraction methods for bare land struggle to balance the extraction efficiency and accuracy in large-scale and multitemporal applications. This study constructed normalized difference indices based on the analysis of the hue-saturation-value (HSV) features. By combining texture features and vegetation index, this study proposed a simple, efficient hierarchical fine-scale information extraction method for bare land. This proposed method was applied to the urban area of Qufu City, Shandong Province, China. First, with three GF-1 satellite images as the data source, the red, green, and blue bands from the images were converted to the HSV color space. Based on the differences in H, S, and V components between bare land and other land types, the normalized difference SH and SV indices were constructed for preliminary hierarchical information extraction of bare land. Second, texture features were introduced to low-rise building areas and bare land, where the differences in H, S, and V components are nonsignificant. Different texture features were comparatively analyzed for further information extraction of bare land. Third, the normalized difference vegetation indices were used to achieve the final information extraction of bare land, followed by post-processing of the results. The results of this study demonstrate that the constructed normalized difference indices, combined with homogeneous texture features, showed the optimal extraction performance, with an overall accuracy of above 93% and a Kappa coefficient of above 0.84, outperforming other classification methods. Therefore, the proposed method proves effective in extracting information about bare land, serving as a novel approach for bare land information extraction.

Key wordsGF-1    hierarchical fine-scale information extraction of bare land    HSV    texture feature
收稿日期: 2023-11-24      出版日期: 2025-05-09
ZTFLH:  TP751  
基金资助:山东省鲁南地质工程勘察院(山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队)2022年开放基金项目“基于深度学习的高分遥感影像裸地及防尘网自动识别研究”(LNY202205)
通讯作者: 姚文举(1978-),男,高级工程师,主要从事地理信息系统和摄影测量遥感相关工作。Email:286353622@qq.com
作者简介: 卫虹宇(1996-),女,硕士,助理工程师,主要研究方向为遥感图像识别。Email:925074644@qq.com
引用本文:   
卫虹宇, 姚文举, 孙建, 孙嵩, 张焕雪. 基于HSV和纹理特征的裸地分层精细提取[J]. 自然资源遥感, 2025, 37(2): 56-65.
WEI Hongyu, YAO Wenju, SUN Jian, SUN Song, ZHANG Huanxue. Hierarchical fine-scale information extraction of bare land based on hue-saturation-value and texture features. Remote Sensing for Natural Resources, 2025, 37(2): 56-65.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2023358      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2025/V37/I2/56
Fig.1  研究区影像和裸地调查示例
Fig.2  采样数据
Fig.3  裸地分层精细提取技术流程
影像日期 土堆-
施工工地
土堆-
未开发用地
土堆-
休耕的农用地
施工工地-
未开发用地
施工工地-
休耕的农用地
未开发用地-
休耕的农用地
2022-02-26 0.25 0.17 0.22 0.18 0.28 0.21
2022-09-28 0.51 0.21 0.25 0.71 0.41 0.34
2023-06-24 0.63 0.34 0.37 0.54 0.57 0.46
Tab.1  研究区不同类型裸地可分离性
Fig.4  研究区典型地物HSV均值曲线
Fig.5  研究区典型地物NDSHI和NDSVI指数值区间
Fig.6  低层建筑区和裸地纹理特征
Fig.7  裸地分层初步提取结果
区域序号 真彩色影像 裸体分层初步
提取结果
均值 相异性 对比度 方差 同质性
1
2
3
4
Tab.2  基于不同纹理特征的裸地再提取结果对比
Fig.8  曲阜市城区裸地分层精细提取结果
数据序号 土堆 施工工地 未开发用地 休耕的农用地
1
2
3
Tab.3  曲阜市城区不同类型裸地提取结果
方法 2022年
2月26日
2022年
9月28日
2023年
6月24日
目视
解译
本文
方法
面向
对象
分类
最大
似然
分类
支持
向量
Tab.4  裸地提取结果对比
影像日期 指标 本文方法 面向对象分类 最大似然分类 支持向量机
裸地 非裸地 裸地 非裸地 裸地 非裸地 裸地 非裸地
2022年
2月26日
PA/% 87.65 96.12 81.48 94.29 88.27 88.36 71.60 90.41
UA/% 89.31 95.46 84.08 93.23 73.71 95.32 73.42 89.59
OA/% 93.83 90.83 88.33 85.33
Kappa系数 0.84 0.77 0.72 0.63
2022年
9月28日
PA/% 83.55 98.88 96.71 93.08 92.62 94.68 91.45 94.64
UA/% 96.21 94.66 82.58 98.82 85.19 97.49 85.28 97.03
OA/% 95.00 94.00 94.17 93.83
Kappa系数 0.86 0.85 0.85 0.84
2023年
6月24日
PA/% 84.62 98.20 90.38 95.72 89.74 94.37 87.82 94.59
UA/% 94.29 94.78 88.13 96.59 84.85 96.32 85.09 95.67
OA/% 94.67 94.33 93.17 92.83
Kappa系数 0.86 0.85 0.83 0.82
Tab.5  曲阜市城区裸地提取结果精度评价
[1] 刘奥博, 吴其重, 陈雅婷, 等. 北京市平原区裸露地风蚀扬尘排放量[J]. 中国环境科学, 2018, 38(2):471-477.
Liu A B, Wu Q Z, Chen Y T, et al. Estimation of dust emissions from bare soil erosion over Beijing Plain Area[J]. China Environmental Science, 2018, 38(2):471-477.
[2] 中国工程建设标准化协会. T/CECS 995—2022建筑施工裸地遥感监测技术导则[S]. 北京: 中国建筑出版社, 2022.
China Association for Standardization of Engineering Construction. T/CECS 995—2022 Technical guidelines for remote sensing monitoring of bare land in construction[S]. Beijing: China Architecture Press, 2022.
[3] 熊文成, 徐永明, 李京荣, 等. 天津市扬尘污染源中高分辨率遥感监测[J]. 遥感信息, 2017, 32(3):45-49.
Xiong W C, Xu Y M, Li J R, et al. Urban dust pollution sources monitoring based on medium and high resolution satellite imagery in Tianjin[J]. Remote Sensing Information, 2017, 32(3):45-49.
[4] 孙一鸣, 张宝钢, 吴其重, 等. 国产微景一号小卫星影像的城市裸地识别应用[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1):189-197.doi:10.6046/zrzyyg.2021056.
Sun Y M, Zhang B G, Wu Q Z, et al. Application of domestic low-cost micro-satellite images in urban bare land identification[J]. Remote Sensing for Natural Resources, 2022, 34(1):189-197.doi:10.6046/zrzyyg.2021056.
[5] 邱永红, 谭永忠, 周国华. 一种遥感影像裸土地特征增强方法[J]. 计算机工程与应用, 2012, 48(32):196-199.
Qiu Y H, Tan Y Z, Zhou G H. Feature enhancement method for bare land in remote sensing images[J]. Computer Engineering and Applications, 2012, 48(32):196-199.
[6] Nguyen C T, Chidthaisong A, Kieu D P, et al. A modified bare soil index to identify bare land features during agricultural fallow-period in Southeast Asia using Landsat8[J]. Land, 2021, 10(3):231.
[7] 方洪科, 刘贵芬, 朱从旭, 等. 山东省滨州市裸露地面遥感监测及简要分析[C]// 中国环境科学学会2023年科学技术年会论文集(四). 南昌, 2023:267-269.
Fang H K, Liu G F, Zhu C X, et al. Remote sensing monitoring and brief analysis of bare land in Binzhou City,Shandong Province[C]// Chinese Society for Environmental Sciences.Proceedings of the 2023 Science and Technology Annual Conference of the Chinese Society for Environmental Sciences(4). Nanchang, 2023:267-269.
[8] Rogers A S, Kearney M S. Reducing signature variability in unmixing coastal marsh Thematic Mapper scenes using spectral indices[J]. International Journal of Remote Sensing, 2004, 25(12):2317-2335.
[9] Chen W, Liu L, Zhang C, et al. Monitoring the seasonal bare soil areas in Beijing using multitemporal TM images[C]// IGARSS 2004.2004 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium.Anchorage,AK.IEEE, 2004:3379-3382.
[10] 吴志杰, 赵书河. 基于TM图像的“增强的指数型建筑用地指数”研究[J]. 国土资源遥感, 2012, 24(2):50-55.doi:10.6046/gtzyyg.2012.02.10.
Wu Z J, Zhao S H. A study of enhanced index-based built-up index based on Landsat TM imagery[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2012, 24(2):50-55.doi:10.6046/gtzyyg.2012.02.10.
[11] As-syakur A R, Adnyana I W S, Arthana I W, et al. Enhanced built-up and bareness index (EBBI) for mapping built-up and bare land in an urban area[J]. Remote Sensing, 2012, 4(10):2957-2970.
[12] 张雅琼, 赵宇昕, 屈冉, 等. 基于GF-1卫星遥感影像的生态空间周边建筑余泥渣土场提取方法研究[J]. 环境保护科学, 2018, 44(6):50-55,89.
Zhang Y Q, Zhao Y X, Qu R, et al. Study of extraction method of construction waste residue fields around ecological space based on GF-1 satellite remote sensing image[J]. Environmental Protection Science, 2018, 44(6):50-55,89.
[13] 李霞, 徐涵秋, 李晶, 等. 基于NDSI和NDISI指数的SPOT-5影像裸土信息提取[J]. 地球信息科学学报, 2016, 18(1):117-123.
doi: 10.3724/SP.J.1047.2016.00117
Li X, Xu H Q, Li J, et al. Extraction of bare soil features from SPOT-5 imagery based on NDSI and NDISI[J]. Journal of Geo-Information Science, 2016, 18(1):117-123.
[14] 尚明, 马杰, 李悦, 等. Landsat和GF数据面向对象土地覆盖分类研究[J]. 自然资源遥感, 2024. 36(3):240-247.doi:10.6046/zrzyyg.2023135.
Shang M, Ma J, Li Y, et al. Research on object-oriented land cover classification of Landsat and GF data[J]. Remote Sensing for Natural Resources, 2024. 36(3):240-247.doi:10.6046/zrzyyg.2023135.
[15] 孟晋杰, 王建华. 高分一号影像数据城市生态用地监测[J]. 测绘科学, 2016, 41(9):33-37.
Meng J J, Wang J H. Monitoring of urban ecological land use based on Gaofen-1 data[J]. Science of Surveying and Mapping, 2016, 41(9):33-37.
[16] 朱皓辰, 吴艳兰, 何彬方. 基于改进DenseNet模型的高分遥感影像城市裸地提取[J]. 安徽农业大学学报, 2022, 49(5):799-808.
Zhu H C, Wu Y L, He B F. Extraction of urban bare land from high-resolution remote sensing images based on improved DenseNet model[J]. Journal of Anhui Agricultural University, 2022, 49(5):799-808.
[17] 邱昀, 姜磊, 李金香, 等. 深度学习在裸地扬尘源监测中的应用研究[J]. 中国环境监测, 2023, 39(s1):72-79.
Qiu Y, Jiang L, Li J X, et al. Research on the application of deep learning in monitoring dust sources in bare land[J]. Environmental Monitoring in China, 2023, 39(s1):72-79.
[18] 宋承运, 曲雪杉, 胡光成, 等. 基于NDVI-NSSI空间与HSV变换的成熟期农作物遥感识别[J]. 农业机械学报, 2023, 54(8):193-200.
Song C Y, Qu X S, Hu G C, et al. Crop identification in mature stage with remote sensing based on NDVI-NSSI space and HSV transformation[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2023, 54(8):193-200.
[19] 陶欢, 李存军, 谢春春, 等. 基于HSV阈值法的无人机影像变色松树识别[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2019, 43(3):99-106.
doi: 10.3969/j.issn.1000-2006.201711035
Tao H, Li C J, Xie C C, et al. Recognition of red-attack pine trees from UAV imagery based on the HSV threshold method[J]. Journal of Nanjing Forestry University (Natural Sciences Edition), 2019, 43(3):99-106.
[20] 林雨准, 张保明, 郭海涛, 等. HSV变换和多尺度分割相结合的高分辨率遥感影像阴影检测[J]. 测绘科学技术学报, 2017, 34(5):486-490.
Lin Y Z, Zhang B M, Guo H T, et al. Shadow detection from high resolution remote sensing imagery based on HSV transformation and multilevel segmentation[J]. Journal of Geomatics Science and Technology, 2017, 34(5):486-490.
[21] Haralick R M, Shanmugam K, Dinstein I. Textural features for image classification[J]. IEEE Transactions on Systems,Man,and Cybernetics, 1973, SMC-3(6):610-621.
[22] Rouse J, Haas R H, Schell J A, et al. Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS[J]. NASA Special Publication, 1974, 351:309.
[23] Song C, Woodcock C E, Seto K C, et al. Classification and change detection using landsat TM data when and how to correct atmospheric effects?[J]. Remote Sensing of Environment, 2001, 75(2):230-244.
[1] 康辉, 窦文章, 韩灵怡, 丁梓越, 吴亮廷, 侯璐. 基于DeepLabv3+模型的地表水体快速遥感监测[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(4): 117-123.
[2] 尚明, 马杰, 李悦, 赵菲, 顾鹏程, 潘光耀, 李倩, 任阳阳. Landsat和GF数据面向对象土地覆盖分类研究[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(3): 240-247.
[3] 梁茜亚, 王卷乐, 李朋飞, DAVAADORJ Davaasuren. 基于GF-1影像的蒙古高原干旱半干旱地区自然道路提取——以蒙古国古尔班特斯苏木为例[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 122-131.
[4] 秦乐, 何鹏, 马玉忠, 刘建强, 杨彬. 基于时空谱特征的遥感影像时间序列变化检测[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 105-112.
[5] 郭晓征, 姚云军, 贾坤, 张晓通, 赵祥. 基于U-Net深度学习方法火星沙丘提取研究[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 130-135.
[6] 王镕, 赵红莉, 蒋云钟, 何毅, 段浩. 月尺度农作物提取中GF-1 WFV纹理特征的应用及分析[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(3): 72-79.
[7] 栗旭升, 刘玉锋, 陈冬花, 刘赛赛, 李虎. 结合图像特征的支持向量机高分一号云检测[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(3): 55-62.
[8] 张祝鸿, 王保云, 孙玉梅, 李才东, 孙显辰, 张玲莉. 结合笔画宽度变换与几何特征集的高分一号遥感图像河流提取[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(2): 54-62.
[9] 彭继达, 张春桂. 基于高分一号遥感影像的植被覆盖遥感监测——以厦门市为例[J]. 国土资源遥感, 2019, 31(4): 137-142.
[10] 高晨, 徐健, 高丹, 王莉莉, 王野乔. 基于GF-1与实测光谱数据鄱阳湖丰水期总悬浮物浓度反演[J]. 国土资源遥感, 2019, 31(1): 101-109.
[11] 廖戬, 顾行发, 占玉林, 张雅洲, 任芯雨, 师帅一. 高分一号卫星影像谐波模型模拟方法研究[J]. 国土资源遥感, 2018, 30(3): 106-112.
[12] 王瑞军, 闫柏琨, 李名松, 董双发, 孙永彬, 汪冰. 甘肃红山地区重要控矿地质单元GF-1数据遥感解译与应用[J]. 国土资源遥感, 2018, 30(2): 162-170.
[13] 尹凌宇, 覃先林, 孙桂芬, 刘树超, 祖笑锋, 陈小中. 利用KPCA法检测高分一号影像中的森林覆盖变化[J]. 国土资源遥感, 2018, 30(1): 95-101.
[14] 王瑞军, 董双发, 孙永彬, 李婧玥. 基于高分一号卫星数据新疆索拉克地区控矿地质单元遥感解译与应用[J]. 国土资源遥感, 2017, 29(s1): 137-143.
[15] 程洋, 唐建生, 苏春田, 杨杨, 罗飞. 高分一号数据在岩溶水文地质调查中的应用[J]. 国土资源遥感, 2017, 29(s1): 58-66.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
京ICP备05055290号-2
版权所有 © 2015 《自然资源遥感》编辑部
地址:北京学院路31号中国国土资源航空物探遥感中心 邮编:100083
电话:010-62060291/62060292 E-mail:zrzyyg@163.com
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发