一种采矿扰动地块边界识别方法与流程

文档序号:22834999发布日期:2020-11-06 16:27阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种采矿扰动地块边界识别方法,采用长时序遥感影像进行采矿扰动边界识别,其特征在于,具体包括以下步骤;

步骤一:选取采矿扰动区域作为研究区,获取该区域的landsat遥感影像;

a1:对遥感影像进行辐射定标、大气校正、几何校正和影像裁剪的预处理,得到研究区的预处理影像;

a2:根据公式(1)求出各影像的ndvi指数图,记研究区域的ndvi指数图为ndvi;

式中,nir为预处理后各影像的近红外波段的反射值,r为预处理后各影像的红光波段的反射值;

步骤二:对所有ndvi指数图进行ndvi归一化处理,得到归一化处理后的ndvi指数图,记为i;

b1:设定参考影像与待归一化影像之间的回归直线方程如公式(2)所示;

式中,x为待归一化影像的ndvi值,y为参考影像的ndvi值;

b2:采用最小二乘法进行参考影像与待归一化影像之间的直线拟合,分别根据公式(3)和公式(4)求解参数

式中,分别为待归一化影像和参考影像的m个伪特征点的均值,且分别通过公式(5)和公式(6)进行求解;

步骤三:对归一化处理后的ndvi指数图进行运算,获取研究区的ndvi差分图和ndvi绝对差分图;

c1:分别通过公式(7)和公式(8)对各个月份的可用影像按年份大小顺序进行迭代作差,获取每一个月份的ndvi差分图和ndvi绝对差分图,并分别记为md和amd;

式中,k表示该月份可用的影像年份的数量,ii为该月份可用影像按年份排序的第i个可用的归一化处理后ndvi指数;

c2:分别通过公式(9)和公式(10)将各个月份的md和amd进行累计求和,得到研究区域的ndvi差分图imaged以及ndvi绝对差分图aimaged;

式中,表示第m个月份的ndvi差分图和ndvi绝对差分图,n表示可用影像的月份的个数;

步骤四:利用otsu阈值分割法获取ndvi指数差分影像的最优分割阈值,对研究区的ndvi差分图进行阈值分割;

d1:对于背景区域更暗的影像,其图像大小为x×y,统计其灰度直方图,并分别通过公式(11)和公式(12)计算感兴趣区域像素点占整幅影像的比例ω0和背景区域像素点占整幅影像的比例ω1;

ω0=n0/(x×y)(11);

ω1=n1/(x×y)(12);

式中,n0为像素值灰度小于阈值t的像素个数,n1为像素值灰度大于阈值t的像素个数,且n0和n1满足公式(13);ω0和ω1满足公式(14);

n0+n1=x×y(13);

ω0+ω1=1(14);

μ0为感兴趣区域像素点占整幅影像的平均灰度;

μ1为背景区域像素点占整幅影像的平均灰度;

g为类间方差记;

μ为图像的总平均灰度;

μ=μ0×ω0+μ1×ω1(15);

g=ω0(μ0-μ)2+ω1(μ1-μ)2(16);

d2:通过公式(15)和公式(16)结合得到公式(17),并求解类间方差g;

g=ω0×ω1×(μ0-μ1)2(17);

d3:在类间方差g达到最大时,阈值t即为最优阈值;以t为界限,按照公式(18)对研究区ndvi差分图及ndvi绝对差分图进行运算,分别得到研究区ndvi差分图和及ndvi绝对差分图对应的阈值分割图,记为imaget和aimaget;

d4:对阈值分割图imaget和aimaget进行图像去噪,获取采矿扰动区域处理后图像imagen和aimagen;

步骤五:采用边缘检测法对采矿扰动地块和损毁地块边界进行自动化识别;通过公式(19)和公式(20)利用roberts边缘检测算子进行采矿扰动地块和损毁地块边界进行检测;

r(x,y)=|f(x,y)-f(x+1,y+1)|+|f(x+1,y)-f(x,y+1)|(20);

式中,f(x,y)为输入影像图像大小(x,y)坐标处的像素值,r(x,y)为输入影像图像大小(x,y)的输出影像,分别记为边缘检测图像imager和aimager;

步骤六:将边缘检测图像imager和aimager分别转为矢量图,分别记为采矿扰动地块边界的矢量图imagev和损毁地块边界的矢量图aimagev,通过公式(21)对二者进行几何求差,获得恢复地块边界矢量图imagef;

imagef=aimagev-imagev(21)。

2.根据权利要求1所述的一种采矿扰动地块边界识别方法,其特征在于,在步骤二中,采用伪不变特征相对辐射归一化法进行ndvi归一化,并选取m个伪不变特征点,利用回归方程完成影像的ndvi归一化。

3.根据权利要求1或2所述的一种采矿扰动地块边界识别方法,其特征在于,在步骤四中的d4中,采用均值滤波法对阈值分割图imaget和aimaget进行图像去噪。


技术总结
一种采矿扰动地块边界识别方法,包括以下步骤,获取研究区的Landsat影像,进行包括辐射校正、大气校正、影像裁剪的影像预处理,并计算NDVI指数;对相同月份的影像按年份顺序进行迭代作差,对各差值及差值绝对值分别进行累计,得到研究区的NDVI差分图和NDVI绝对差分图;利用OTSU阈值分割法对以上两幅图像进行分割得到阈值分割图,并对阈值分割图进行滤波去噪的后处理,生成矿区扰动地块区域和损毁地块区域;利用边缘检测算法进行扰动地块和损毁地块边界提取;对扰动地块边界和损毁地块边界进行几何求差,获取恢复地块边界。该方法可以精准识别采矿扰动地块、损毁地块和恢复地块边界,为矿区生态修复的管理提供技术支撑,可为生态环境修复质量评定提供重要数据。

技术研发人员:马占元;杨永均;田利军;朱笑笑;常晓华;侯湖平;王玉明;张绍良;许丽丽
受保护的技术使用者:大同煤矿集团有限责任公司;中国矿业大学
技术研发日:2020.07.16
技术公布日:2020.11.06
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