X米光学02星在自然资源执法监测中的应用效果研究

谢金苗，杨亮亮，张哲，曹里

摘  要：为测试X米光学02星光学业务卫星在自然资源执法监测业务中的适应性，本研究以湖南省张家界市永定区为研究区域，通过比较不同比例尺精度下，不同新增建设用地要素类型的可识别性和解译精度，探索X米光学02星在自然资源执法检查中的应用效果，并对其进行评价。结果表明：X米光学影像具备较高的地物识别能力，能够满足各类型自然资源执法监测需求。

关键词：X米光学02星；自然资源执法监测；可识别性；解译精度；应用效果

中图分类号：P236           文献标志码：A               文章编号：1672-5603（2023）03-109-07

Research on the Application Effect of X-meter Optical 02 Satellite in Natural Resource Law Enforcement Monitoring

Xie Jinmiao 1，2， Yang Liangliang1，2， Zhang Zhe1，2， Cao Li1，2

（1.Key Laboratory of Natural Resources Monitoring and Supervision in Southern Hilly

Region， Ministry of Natural Resources，Changsha Hunan 410119；

2. Hunan Second Institute of Surveying and Mapping，Changsha Hunan 410119）

Abstract： In order to test the adaptability of the X-meter-optical 02 optical operational satellite in the natural resources law enforcement and monitoring business， this study takes Yongding district， Zhangjiajie prefecture， Hunan Province as the study area， and explores the application effect of X-meter optical 02 in the natural resources law enforcement inspection by comparing the identifiability and interpretation accuracy of different types of new construction land elements under different scales of precision， and evaluates it. The results indicate that X-meter optical images have high ground object recognition capabilities and can meet the needs of law enforcement and monitoring of various types of natural resources.

Keywords： X-meter optical 02 satellite;natural resources law enforcement monitoring;identifiability;interpretation accuracy;application effect

0 引言

隨着社会经济的快速发展和资源日益紧缺，自然资源的合理利用和保护已成为全球各国政府的重要任务。而自然资源执法监测作为确保资源合法使用和环境保护的重要手段，其准确性和及时性对于资源管理和执法工作的有效开展至关重要。近年来，高分辨率卫星遥感技术的快速发展为自然资源执法监测提供了新的可能性。

在此背景下，本研究旨在探索X米光学02星光学业务卫星在自然资源执法监测业务中的适应性，并以湖南省张家界市永定区作为研究区域。通过比较不同比例尺精度下，不同新增建设用地要素类型的可识别性和解译精度，旨在评估X米光学02星在自然资源执法检查中的应用效果，为资源执法监测工作提供科学依据和技术支撑[1]。

1 试验区选择

本研究选择湖南省张家界市永定区作为试验区，该地区自然资源分布复杂、用地类型多样，以其为研究区域可以更全面地考察X米光学02星在自然资源执法监测中的适应性。基于前时期2米级卫星正射纠正影像产品为基期底图，按照自然资源执法检查对新增建设用地要素监测的时相要求，选择覆盖试验区范围的影像数据作为监测数据源，从新增建设用地变化数据成果的更新角度对X米02星光学业务卫星应用于自然资源执法检查监测项目中的可用性，以及监测结果进行评价分析（图1）。

（1）评价数据：L1B级别的X米02星多光谱数据。根据示范区数据覆盖情况以及数据质量目视评价结果，结合示范区本底数据覆盖情况，在永定区示范区进行应用评价的L1B级别的X米02星影像数据分别为：31540、31541、30626、30627，数据采集时间分别为2022年6月8日、2022年6月11日（表1）。

（2）辅助数据：前时期2米级卫星正射纠正影像数据。

2 技术路线

2.1数据获取

本研究使用X米光学02星获取的高分辨率遥感影像作为研究数据。通过与相关机构合作，获取针对湖南省张家界市永定区的适时、适量的卫星影像数据。

2.2数据预处理

对获取的卫星影像数据进行预处理，包括大气校正、辐射校正和几何校正等。大气校正采用多光谱遥感模型，对影响影像亮度的大气散射和吸收效应进行校正，提高影像的准确性和一致性。辐射校正则通过估算地物反射率和辐射率，将影像数值转换为反射率数值，以消除地表反射率差异对影像的影响。几何校正对影像的像元位置和角度进行校正，提高影像的几何精度和空间分辨率[2]。

2.3影像解译方法

采用数字图像处理技术结合地学信息系统的方法进行数据处理和分析。首先，通过影像分割和分类算法，将卫星影像划分为相应的地物类别，如水体、农田、林地等。然后，通过像元级解译和像素级解译方法，对不同比例尺下的新增建设用地要素进行识别和分类。使用知识库和专家规则进行解译验证，提高解译结果的准确性和可靠性[3]。

2.4精度评估

针对研究区域内不同比例尺下的影像数据，进行解译精度评估。通过设置参考样本点集和验证样本点集，对解译结果进行精度验证。利用混淆矩阵和评价指标，如整体精度、Kappa系数等，评估X米光学02星在自然资源执法监测中的解译效果和精度[4-5]。

2.5数据对比分析

通过比较不同比例尺下的解译结果，分析X米光学02星在自然资源执法监测中对不同新增建设用地要素的可识别性和解译精度差异。根据对比分析得出的结果，进一步探讨X米光学02星在自然资源执法检查中的应用效果和潜力。

3 数据对比分析

（1）X米光学业务卫星全色、多光谱及融合影像数据在不同比例尺下对新增建设用地类型的识别精度比对评价。

主要对X米光学业务卫星全色、多光谱以及融合影像数据，在1∶5000、1∶10000和1∶25000三个比例尺尺度下，对典型土地利用类型的识别进行比对[6]。通过对比分析，三种比例尺尺度下，影像整体质量较好，各类地表要素间易区别、边界清晰（图2、图3、图4），具体结果如下：

在1∶5000尺度下，全色影像上，能有效识别较小的地表要素，尤其是对于建设用地能精准识别，但地表要素的灰度差异不明显；多光谱影像上，地表要素间色调差异明显，但各地表要素边界较模糊；融合影像上，各地表要素间的色调差异明显、地表要素的识别能力强。

在1∶10000尺度下，全色影像上，能有效识别“线性地物”，但地表要素的灰度差异不明显；多光谱影像上，地表要素间色调差异明显，能精准识别“线性地物”；融合影像上，各地表要素间的色调差异明显、地表要素的识别能力强，地表要素间的边界清晰。

在1∶25000尺度下，全色影像上，能有效識别各地表要素，但地表要素的灰度差异不明显；多光谱影像上，地表要素间色调差异明显，能精准识别各地表要素；融合影像上，各地表要素间的色调差异明显、地表要素的识别能力强，地表要素间的边界清晰。

（2）X米光学业务卫星影像数据区域不同土地利用类型解译应用评价

实验采用2022年度6月份X米光学业务卫星数字正射影像数据为当期影像，以2021年度9月份2米级卫星正射纠正影像产品为前时相，进行信息提取，评估X米光学业务卫星影像数据在自然资源执法监测项目中的信息提取能力。

（3）地物的识别能力分析

为了更加准确、全面地反映X米光学业务卫星影像对地物的识别能力，本次分析过程中，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（表2、表3）。

（4）最小可识别图斑分析

基于X米光学业务卫星影像提取识别地物类型，进行图斑地类划分，建设用地最小上图面积为0.3亩，新增推填土最小上图面积为0.9亩，新增线性地物最小上图面积为1亩。在实验过程中发现，提取新增建设用地的最小图斑能够满足最小0.3亩的要求，最小可识别图斑可以满足项目要求[7-10]（表4）。

（5）图斑面积及属性精度分析

将提取的变化图斑，按照不同分类标准进行统计，分析不同类型图斑的面积精度与属性精度（表5）。

4 总结

本研究通过对湖南省张家界市永定区的实地试验数据进行分析和比较，评估X米光学02星在自然资源执法监测中的应用效果。根据实验结果，总结如下：

通过对X米光学卫星数据的测试结果分析发现，基于X米光学影像提取的图斑能够较好地识别新增线性地物和新增推填土，并能清晰表现各类地表要素间的接触边界。对于新增建（构）筑物和新增疑似别墅的提取，虽能满足提取要求，但与其他类型图斑的接触边界相对模糊。最小图斑识别面积能够满足自然资源执法监测的技术规程要求，并具有较高的识别精度。总体来看，X米光学影像展现出较高的地物识别能力，满足各类型自然资源执法监测的需求。同时，从X米高光谱卫星数据的测试结果来看，高光谱卫星在自然资源执法监测方面展现出良好的效果，尤其在植被、水体和人工建筑群方面具有较好的识别效果。这进一步证实了X米光学02星在自然资源执法监测中的适应性和广阔的应用前景。

综上所述，本研究结果表明，X米光学02星在自然资源执法监测中具备较高的地物识别能力，能够满足各类型自然资源执法监测需求。通过对不同比例尺下的数据解译和分析，该卫星在自然资源执法监测中展现出良好的适应性和广阔的应用前景。同时，该光学卫星影像的应用仍有改进空间，如进一步提高新增建（构）筑物和疑似别墅边界的清晰度。因此，在今后的研究中，可以进一步优化解译算法和提取方法，从而进一步提高自然资源执法监测的效果。

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