地表精细遥感变化检测的多视角层次分析方法研究

Multitemporal hyperspectral remote sensing images change detection (CD) allows the identification and analysis of complex changes at a finer level, which is differently from the traditional multitemporal images change detection that may only detect the abrupt changes. CD in multitemporal hyperspectral images is one of the international advanced researches. According to the intrinsic properties and the representation of changes in multitemporal hyperspectral images, this project aims to study a multi-view hierarchical representation model of the multiple changes in spectral field, feature field, spatial field and temporal field, and the corresponding change discrimination strategy. A fine change detection framework and technical chain based on analytic hierarchy process (AHP) is developed, including change discovery, change representation, change visualization, change identification and change validation. In addition, effective unsupervised-driven and semisupervised-driven AHP strategies are designed, the fine CD results of multiple change targets are optimized according to an analysis of the scale effect. This research will significantly expand the state-of-the-arts hyperspectral change detection techniques, and also promote the application of AHP method in hyperspectral remote sensing images processing for fine and dynamic land surface monitoring.

多时相高光谱遥感影像的变化检测可以实现更为精细和复杂的变化地物识别和分析，从而弥补传统多光谱影像变化检测只能检测急剧变化的缺陷，是当前高光谱遥感研究的国际前沿之一。本项目针对多时相高光谱影像中变化的本质特点和表现形式，深入研究多元变化在光谱域、特征域、空间域和时间域上的多视角层次表达模型及变化判别策略，系统性地构建涵盖变化探测、变化表达、变化可视化、变化识别和变化验证的基于层次分析的精细变化检测理论框架和技术流程。同时，构建有效的非监督/半监督层次分析驱动策略，并通过尺度效应分析优化多元变化目标的精细化检测结果。研究成果将拓展现有高光谱变化检测理论和方法，提升层次分析方法在遥感影像处理中的应用，推进地表覆盖高光谱影像精细化动态监测的发展。

本项目面向地表覆盖精细化动态监测实际应用需求，针对多时相卫星遥感影像精细变化检测难题，深入研究地表覆盖多类变化在光谱域、特征域、空间域和时间域上的多视角层次表达模型和变化判别策略。构建了基于层次变化矢量分析为主体的层次变化检测模型和有效的非监督和半监督解决方案，并通过尺度效应分析对多类变化目标的精细变化检测结果的影响。研究并提出了波段子空间选择的光谱变化检测方法、非监督/半监督层次变化检测方法、空-谱信息波段扩展与融合检测方法、多尺度形态学压缩变化矢量分析方法和超像素级多类变化检测方法等关键技术。围绕不同应用领域中共性的变化检测任务设计了有效的算法模型及处理流程，在复杂城市地表覆盖变化、农业区精细作物变化和海上溢油灾害监测与评估等实例中进行了应用研究。围绕本项目研究内容发表系列原创性研究论文，在IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine等国际顶级遥感期刊上发表SCI论文15篇，国际会议EI论文11篇；申请国家发明专利10项；项目成果获得2019年测绘科技进步奖一等奖（排名第一），2018年江苏省科技进步三等奖（排名第五）等；项目负责人担任第十届国际多时相遥感影像分析会议（MultiTemp2019）程序主席及其他重要国际会议九个分会场主席。