在刚刚结束的2017年Esri全球用户大会上,切萨皮克湾管理局的技术人员向来自全球的近16000名参会人员展示了他们基于Esri的ArcGIS平台所做的高分图像分类及应用,如何帮助他们更好地掌握土地利用详情,进而快速高效地制定规划,加速海湾的生态恢复。

    湾区的过去

    切萨皮克湾位于美国东海岸中部,全湾长311公里,宽5∼40公里,是美国面积最大的海湾。此前,农业径流、海平面上升、腐蚀作用以及污染等问题导致这一地区的生态环境受到了极大的破坏。目前,经过了一百多年的发展后,切萨皮克湾正走在恢复健康的道路之上。为了帮助该地区的1800多万人口可持续地使用资源,切萨皮克管理局与Esri和微软公司合作,向各级管理部门及合作单位提供准确的土地覆盖信息。

    过去,切萨皮克湾管理部门一直使用 Landsat 30米中分影像数据进行土地利用分类,并将分类结果用以指导规划。当处理范围为整个流域时,可获得良好的运算结果。但在定位到具体目标区时,中分分类图像获得的规划数据由于精度较低,与实施数据间无法建立有效联系。

    高效的数据获取需求

    管理局迫切需要更新到高分图像。经过了18个月的努力,2016年12月,他们终于生产了一版超高分辨率土地利用覆盖图。


左:高分分类结果  右:中分分类结果

    高分辨率图像的加入改变了他们的工作模式,然而更新图像所花费的时间以及技术成本非常昂贵。管理人员需要更加快速、实惠的技术手段来获取地表覆盖分类数据。

    ArcGIS Pro提供全新方式

    Esri的ArcGIS平台有效地解决了这个问题。在全新的桌面应用程序ArcGIS Pro中,它将高分辨率影像服务接入,并进行假彩色处理,图像分割。选择随机树分类样本,设置分类方法、简化分类处理工作流,构建了动态处理模型。


ArcGIS Pro对高分辨率影像进行假彩色处理

    模型既可以在ArcGIS Pro中,通过 实时处理获得感兴趣区域范围内的图像分类结果,还可以使用ArcGIS Image Server 的栅格大数据工具框架进行分布式处理,高效输出,获得高精度的分类结果。在微软云上,使用模型对整个海湾超过 2TB 影像进行分割与分类,获得全区分类图总用时约150 个小时,如果采用传统方式需要处理 2500个小时。

    分类成果的应用价值

    切萨皮克湾管理局地理分析项目经理卡桑德拉﹒帕拉介绍说,2025年是他们实现海湾生态恢复目标的最后期限。通过 ArcGIS 获得的地表覆盖数据与历史数据相结合,可以用于解析流域周边变化,了解河流的影响因素从而得到需要优先保护,或生态恢复的区域。

    以在弗吉尼亚州周边的某县为例。在过去,他们的一个繁重任务是访问一个有53000个网格的区域,并评估优先级。现在,通过对两期数据的对比,基于ArcGIS Pro的实时处理功能,可以迅速找到差异区域。比如,通过对比分析获得的橙色区域,是整个流域中树木覆盖减少区。基于这个结果,管理人员判断出这些地区是水质监测与恢复的重点区域。


基于ArcGIS Pro的实时处理功能可以迅速找到差异区域

    同时,还可以快速获得新增房屋和道路区域。所有分析结果可以在ArcGIS中,进一步制图输出。


制图输出

    切萨皮克湾流域共有206个县,Image Server 以及云端处理技术大大提升了湾区的工作效率。

    AI 技术加入

    在高分影像应用的过程中,分类效率及精度是其难点所在。从去年起,微软、Esri、切萨皮克州管理部门还共同展开了微软 AI 技术与 ArcGIS 深度集成的合作研究:主要是将世界地图集中的 1 米分辨率 NAIP 图像作为样本,训练出先进的深度学习模型,并将模型集成到ArcGIS中。然后,通过ArcGIS 平台提高高分图像分类效率,并实现高效应用。

(责任编辑:广州热点新闻)