Что такое обнаружение изменений и как я могу выполнить такой анализ с помощью инструментов с открытым исходным кодом?

27

Обнаружение изменений для ГИС (географических информационных систем) - это процесс, который измеряет, как атрибуты конкретной области изменились между двумя или более периодами времени. Обнаружение изменений часто включает сравнение аэрофотоснимков или спутниковых снимков местности, снятых в разное время. Этот процесс чаще всего связан с мониторингом окружающей среды, управлением природными ресурсами или измерением городского развития.

Как проводится сравнение? Какими инструментами? Я чувствую, что описание не является полным. Или чего-то не хватает.

Где или в каких книгах можно найти дополнительную информацию об обнаружении изменений?

Какие инструменты мне следует использовать для проведения такого анализа с использованием данных в шейп-файле? (только с открытым исходным кодом, пожалуйста)

РЕДАКТИРОВАТЬ

Некоторые статьи по обнаружению изменений (теория и методика)

Методы обнаружения изменений (D. LU, E. BRONDI, ZIO и E. MORAN, 2004, pdf)

Обнаружение изменения тренда во временных рядах NDVI: Влияние межгодовой изменчивости и методологии Форкель М., Карвальхайс Н., Вербессельт Дж., Махеча М.Д., Ней К., Рейхштейн М. (2013) Дистанционное зондирование 5 (2013) 5. - ISSN 2072-4292 - с. 2113 - 2144.

Сдвиги в мировых тенденциях растительной активности Jong, R. de, Verbesselt, J., Zeileis, A., Schaepman, ME (2013) Remote Sensing 5 (2013) 3. - ISSN 2072-4292 - с. 1117 - 1133

Взаимосвязь между уменьшением летнего морского льда, повышением температуры и изменением растительности в сибирской арктической тундре из временных рядов MODIS (2000–11) Dutrieux, LP, Bartholomeus, HM, Herold, M., Verbesselt, J. (2012) Письма об экологических исследованиях 7 (2012) 4. - ISSN 1748-9326 - с. 12.

Обнаружение возмущения в режиме реального времени с использованием временных рядов спутниковых изображений Verbesselt, JP, Zeileis, A., Herold, M. (2012) Дистанционное зондирование окружающей среды 123 (2012). - ISSN 0034-4257 - с. 98 - 108. Изменения тенденций в глобальном озеленении и потемнении: вклад краткосрочных тенденций в долгосрочные изменения Jong R. de Verbesselt J., Schaepman ME, Bruin S. de (2012) Global Change Biology 18 (2012) 2. - ISSN 1354-1013 - с. 642 - 655.

Обнаружение фенологических изменений при учете резких и постепенных тенденций во временных рядах спутниковых снимков Вербессельт Дж., Хиндман Р., Зейлейс А., Кульвенор Д. (2010) Дистанционное зондирование окружающей среды 114 (2010) 12. - ISSN 0034-4257 - с. 2970 - 2980.

Обнаружение трендовых и сезонных изменений во временных рядах спутниковых снимков Вербессельт Дж., Хиндман Р., Ньюнхам Дж., Кульвенор Д. (2010) Дистанционное зондирование окружающей среды 114 (2010) 1. - ISSN 0034-4257 - с. 106 - 115

(Я добавлю больше в будущем, как будто я найду более заметные документы)

— nickves
источник

1

Четыре аспекта обнаружения изменений, особенно важных при мониторинге природных ресурсов (Macleod and Congalton 1998) : обнаружение изменений, определение характера изменений, измерение степени изменения, оценка пространственной структуры изменений.

— Никос Александрис

16

Обнаружение изменений - это обычная операция / модуль в пакетах дистанционного зондирования, таких как ENVI или Orfeo. Обычно это растровые данные (например, спутниковые снимки).

Как проводится сравнение? Какими инструментами? Я чувствую, что описание не является полным. Или чего-то не хватает.

Обнаружение изменений выполняется путем сравнения двух растровых изображений, которые были сделаны в разное время, но которые охватывают одну и ту же область. Поскольку изображения покрывают одну и ту же область, изображения накладываются друг на друга. Представьте себе две сетки, сложенные друг на друга.

Затем необходимо сравнить, совпадает ли значение пикселя в новом растре со значением пикселя в старом растре. Пиксели, которые изменились, затем помечаются. Выходные данные обычно представляют собой растр, который покрывает те же экстенты, что и два изображения, с выделенными измененными областями. Это, конечно, упрощение, но вы поняли :)

введите описание изображения здесь

Где или в каких книгах можно найти дополнительную информацию об обнаружении изменений?

Вы можете начать с этих документов

Какие инструменты мне следует использовать для проведения такого анализа с использованием данных в шейп-файле? (только с открытым исходным кодом, пожалуйста)

Вы можете попробовать Оптики . Он имеет плагин для обнаружения изменений .

— RK
источник

14

Посмотрите здесь DTclassifier, который вы можете использовать с QGIS.

DTclassifier предоставляет простой оптимизированный интерфейс для классификации растров и обнаружения изменений с помощью деревьев решений.

Особенности плагина:

комплексный подход - выполнять все операции, включая сбор данных обучения, построение дерева и классификацию в QGIS

первый пример использования библиотеки компьютерного зрения OpenCV в QGIS

использование алгоритма непараметрической классификации - деревья решений.

Вы можете найти учебник здесь .

Кроме того, вы можете взглянуть на этот пост здесь , Обнаружение изменения энтропии

обнаружение изменений

Я надеюсь, что это поможет вам ...

— Арагон
источник

да, наглядные примеры были очень информативными. Спасибо!

— Никв

9

Я не думаю, что вы найдете много инструментов для обнаружения изменений в векторных данных (например, шейп-файлы), потому что это тривиальная проблема - просто пройдитесь по точкам и скажите, совпадают ли они.

Обнаружение изменений более типично для растровых изображений (например, SAR-изображений или визуальных / ИК-изображений), где проблема заключается в обнаружении изменений, произошедших от одного прохода спутника к следующему или от полета одного самолета к следующему, или «до и после». на сайте, который пережил стихийное бедствие.

Для растровых изображений одним из вариантов набора инструментов с открытым исходным кодом является Orfeo Toolbox .

— BradHards
источник

Да, я согласен с тривиальностью векторных данных. Я обновил мой вопрос , чтобы включить растр , а также

— nickves

5

Проблема с векторными данными звучит тривиально только потому, что вы задаете тривиальный вопрос! Например, когда фигуры представляют собой многоугольники, представляющие протяженность объектов на поверхности, таких как лесной покров, городское развитие и т. Д., Тогда обнаружение изменений требует пересечения слоев и анализа геометрии перекрытий. Когда фигуры являются линейными, обычно интересует измерение, насколько разные фигуры - как далеко друг от друга в среднем, максимум и т. Д. Когда фигуры являются точками, нужно измерить типичные расстояния между точками, имеют ли новые точки появились, а старые исчезли.

— whuber

У меня нет полного ответа на это, но я все еще думаю, что это может быть более простой проблемой (тривиально только в простейшем случае), так как у вас уже есть «хорошие» данные, и вам не нужно заниматься регистрацией / классификацией часть первая. Я ничего не знаю о попытках справиться с несекретными данными о функциях, но в большинстве программ на основе GEOS есть такие метрики, как простые расчеты расстояния, расстояние Хаусдорфа и так далее.

— BradHards

2

Обнаружение изменений

Обнаружение изменений в дисциплине «Дистанционное зондирование» - это аналитический процесс, целью которого является обнаружение изменений во времени и пространстве земного покрова и / или землепользования.

PCA как метод обнаружения изменений

Одним из наиболее распространенных и успешных методов обнаружения изменений является применение анализа основных компонентов (PCA) для двух- или многовременных многомерных данных (Lu et al., 2003).

Что такое PCA?

Анализ основных компонентов (PCA) - это алгоритм многомерного линейного преобразования. Он реконструирует многомерный набор данных таким образом, что первые переменные, называемые основными компонентами (ПК), содержат большую часть исходной дисперсии данных. Таким образом, PCA предоставляет возможность для описания или надежного представления многомерного набора данных, используя меньше измерений, чем те, которые составляют исходный набор данных (Jolliffe, 2002).

Как это работает?

PCA перенаправляет наибольшие отклонения исходного набора данных, которые в основном напоминают неизменные характеристики ландшафта, в первых компонентах. Пользователь несет ответственность за извлечение изменений с помощью расширенных операций цифровой обработки изображений, то есть классификации (сегментации и) изображений.

Обнаружение изменений на основе PCA с использованием (G) FOSS

PCA реализован в GRASS-GIS ( модуль i.pca ), R (функции princomp () и prcomp () ), OrfeoToolbox , SAGA-GIS и, возможно, в других (бесплатных и) приложениях с открытым исходным кодом.

Пример глубокой работы, из которой извлечена большая часть вышеприведенного текста, демонстрирует, как составить карту сгоревших областей - что по сути является анализом обнаружения изменений - на основе PCA и GFOSS. Пожалуйста, обратитесь к этой работе для обширного списка ссылок на предмет.

Об использовании GRASS-GIS и R для выполнения PCA существует специальная страница GRASS-wiki под названием « Анализ основных компонентов» .

Ссылки

Jolliffe, IT (2002). Анализ главных компонентов . Springer, 2-е издание. 28 иллюстраций.

Лу Д., Маузель П., Брондизио Э. и Моран Е. (2003). Изменение методов обнаружения. Международный журнал дистанционного зондирования , 25 (12): 2365.

— Никос Александрис
источник

2

ГИС с открытым исходным кодом и пакет дистанционного зондирования Whitebox Geospatial Analysis Tools ( http://www.uoguelph.ca/~hydrogeo/Whitebox/ ) содержит довольно обширное количество инструментов для выполнения обнаружения изменений на изображениях. Это включает в себя инструменты для анализа векторов изменений, кросс-табуляции, регрессии изображений, анализа главных компонентов и операции вставки в память функции записи. Я, вероятно, пристрастен, будучи ведущим разработчиком программного обеспечения, но я часто преподаю обнаружение изменений студентам, использующим Whitebox, и мой опыт показывает, что это удобное и интуитивно понятное программное обеспечение для такого типа анализа.

введите описание изображения здесь

-1

Обнаружение изменений - это очень интенсивное исследование, когда вы работаете над городским развитием, управлением ландшафтом или фрагментацией леса ... Для таких целей, которые требовали очень точного результата, вы должны сначала пойти на классификацию территории от прошлого к настоящему, а затем работать с этими векторные данные для исследования обнаружения изменений

— Хелли Джоши
источник