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基于卫星遥感技术的鄱阳湖水体面积快速监测.doc

基于卫星遥感技术的鄱阳湖水体面积快速监测

可爱龟头赛跑
2017-12-26 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于卫星遥感技术的鄱阳湖水体面积快速监测doc》,可适用于高等教育领域

基于卫星遥感技术的鄱阳湖水体面积快速监测摘要:水体的面积监测是调查水资源的一个重要方面也是洪水灾害监测的重要内容。基于卫星遥感影像进行快速、准确的提取水体面积信息已经成为水资源调查、监测的重要手段。本文通过环境减灾A、B星得到的鄱阳湖湖区卫星影像采用手工数字化进行分类提取水体信息并与年实测面积按水位进行比较分析实现湖区水体面积的快速监测。Abstract:ThewaterareamonitoringisanimportantaspectofwaterresourcesinvestigationsalsoistheimportantcontentofflooddisastermonitoringThroughsatelliteremotesensingimagequicklyandaccuratelydrawingtheinformationofwaterareahasbecometheimportantmeansofwaterresourcesinvestigationandmonitoringBasedonthesatelliteimagesofPoyanglakeregionthroughtheABstarofenvironmentaldisasterreductionthepaperusesthemanualdigitizationtosortextractswaterinformationcompareswiththeactualareaininaccordancewiththewaterlevelandrealizesfastmonitoringforlakewaterarea关键词:环境减灾A、B星HJ遥感鄱阳湖水体面积估算Keywords:ABstarofenvironmentaldisasterreductionHJremotesensingPoyanglakewaterareaestimating中图分类号:TP文献标识码:A文章编号:()概述鄱阳湖基本情况鄱阳湖位于江西省的北部长江中下游南岸承纳赣江、抚河、信江、饶河、修河五大江河及博阳河、漳河、潼河之来水经调蓄后由湖口注入长江是一个过水性、吞吐型、季节性的湖泊。鄱阳湖南北长km东西平均宽度km最宽处约km入江水道最窄处的屏峰卡口宽约为km湖岸线总长km。鄱阳湖水系流域面积万km约占长江流域面积的。鄱阳湖水位涨落受五河及长江来水的双重影响高水位维持时间长月水位随鄱阳湖水系洪水入湖而上涨月因长江洪水顶托或倒灌而维持高水位月才稳定退水每当洪水季节水位升高湖面宽阔一望无际。湖口水文站水位m(吴淞基面下同)时湖水面积km容积亿m。当达到湖口水文站年实测最高水位m时湖水面积达km容积亿m。枯水季节水位下降洲滩出露湖水归槽蜿蜒一线洪、枯水的水面、容积相差极大。湖口水文站历年最低水位m(年)时其通江湖体面积仅为km相应容积为亿m。“高水是湖低水似河”、“洪水一片枯水一线”是鄱阳湖的自然地理特征。湖口水文站位于湖口县双钟镇三里街(东经′北纬′)鄱阳湖入江水道末端右岸。中低水断面位置下距河口仅km该站为鄱阳湖出流的唯一控制站受长江和鄱阳湖来水的双重影响水文现象复杂观测资料深受影响。水位观测枯水时期每日早晚点观测水位各一次汛期视水情变化随时增加测次。流量观测平时以流速仪观测在流速小于ms时改用积深浮标施测。在中枯水流速仪断面施测时全断面测线分布在月以前一般为条少数测次用或条施测月以后均为条。每线测点。在高水流速仪断面施测时一般全断面施测条其中次施测条。但在遇大风浪时适当减少条数。含沙量测验采用横式采样器与测流同时施测。环境减灾A、B星基本情况“环境与灾害监测预报小卫星星座”是中国为适应环境监测和防灾减灾新的形式和要求所提出的遥感卫星星座计划。根据灾害和环境保护业务工作的需求“环境与灾害监测预报小卫星星座”由具有中高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率、宽观测幅宽性能能综合运用可见光、红外与微波遥感等观测手段的光学卫星和合成孔径雷达卫星共同组成以满足灾害和环境监测预报对时间、空间、光谱分辨率以及全天候全天时的观测需求。是中国专用于环境与灾害监测预报的卫星其A、B星于年月日以一箭双星的方式在太原卫星发射中心由长征二号丙火箭发射升空。环境减灾A、B星由两颗中分辨率的光学小卫星组成拥有光学、红外、高光谱多种探测手段是目前国内民用卫星中技术较复杂、指标较先进的对地观测系统之一具有大范围、全天候、全天时、动态的灾害和环境监测能力。其中A星搭载两台宽覆盖多光谱可见光相机和一台高光谱成像仪并安装泰国的Ka波段通信试验设备B星搭载两台宽覆盖多光谱可见光相机和一台红外相机。宽覆盖多光谱可见光相机的地面分辨率为米重访周期为小时高光谱成像仪和红外相机的重访周期为小时。民政部国家减灾中心(民政部卫星减灾应用中心)负责环境减灾卫星的运行管理工作。A、B星发射以来卫星及载荷运行指标正常、状态良好。截至年月日已稳定运行天共安排成像约轨成像时间约小时累计获取卫星数据万余景其中宽覆盖多光谱可见光影像约万景红外影像约万景高光谱影像约万景。资源卫星数据及其处理水体提取方法的确定水体因对入射能量(太阳光)具有强吸收性所以在大部分遥感传感器的波长范围内总体上呈现较弱的反射率并具有随着波长的增加而进一步减弱的趋势。具体表现为在可见光的波长范围里(nm)其反射率约为但到了nm处则下降为当波长大于nm时几乎所有入射纯水体的能量均被吸收。因此通常只能采用可见光波段来研究水体。其中水体在蓝光范围里的反射率相对较强并具有明显的散射作用绿光次之红光相对较弱这也是海水呈蓝色的主要原因。由于水体在近红外及随后的中红外波段范围内(nm)所具有的强吸收特点导致了清澈水在这一波长范围内几乎无反射率因此这一波长范围常被用来研究水陆分界、圈定水体范围。综上清澈水体的遥感信息模型根据其反射率可以近似表示为:蓝光>绿光>红光>近红外>中红外。但是随着水体浑浊度(各种有机、无机物质浓度)的增加水体的反射率会有所变化。如水体泥沙量的增加会导致反射率的提高并使光谱曲线的反射峰往长波方向移动。目前利用遥感信息提取水体信息的方法一般可分为手工数字化法、监督分类法、单波段法、多波段法等。手工数字化是最原始的方法虽然提取精度较高但工作强度巨大效率极低。监督分类法工作量较大且要求训练区域具有典型性和代表性适合于有先验知识时使用而且受人的主观影响严重对于同一副图像不同的人或同一人在不同时刻所做的结果都不一样很难保证分类的客观性而且监督分类的精度一般不超过。单波段法又叫波段阈值法原理较为简单主要选取遥感影像中的近红外波段并辅于阈值来提取水体。这种方法利用了水体在近红外波长处的强吸收性以及植被和干土壤在此波长范围内的强反射性特点但是很难去除水体中杂有的阴影而且阈值的选取需要反复试验才能确定同样受人的主观影响对于同一副图像不同的人所确定的阈值亦不相同而且效率较差自动化程度较低。多波段法则主要利用多波段的优势综合提取水体信息并可分为谱间分析法和比值法。谱间分析法多为国内学者所采用。它通过分析水体与背景地物的波谱曲线特征找出它们之间的变化规律进而用逻辑判别表达式将水体提取出来。这种方法通常比较复杂不同的人或在不同的地区所使用的逻辑判别表达式亦然不同建立的提取模型通用性较差不具备可移植性且自动化程度较低。而比值法则根据不同地类在不同波段中的波谱特点利用比值计算快速提取水体信息。如用绿光或红光波段除以近红外波段的简单比值运算就有利于抑制植被信息增强水体信息。但是这一方法无法彻底抑制与水体无关的背景信息提取精度较低而且阈值的选取同样需要反复试验才能确定自动化程度低。纵观水体提取的方法根据我们所面临的实际情况由于鄱阳湖湖区水体范围高水位时汪洋一片低水位时各种圩垸、分洪区、联圩等复杂情况自动化提取错判率比较高人工数字化不是很繁琐的情况下我们采取手工数字化的方式对水体进行提取。卫星图像数据选取与处理由于鄱阳湖地区每年云覆盖时间较长因此很难获取连续的无云影像。根据环境减灾A、B星全年的卫星影像挑选了天气晴好、无云遮挡时期的影像约景再根据鄱阳湖湖口水文站年相关水位资料查询影像当天相应的水位信息并从中筛选出具有代表性的影像本次试验只选取了两幅相对应水位分别为最高和最低水位附近的影像。根据湖口水文站水位资料国家高程基准下全年最高水位m最低水位m平均水位m从上述的景影像中挑选最高和最低水位附近的影像最终选定年月日和年月日各一景相对应的水位分别为m和m来进行试验。影像选定之后开始进行数据处理首先由于原始卫星影像的变形可利用控制点数据库进行影像的纠正其次手工数字化提取水体严格剔除非相关水体保证其提取精度最后叠加分析、算面积、出示意图。如下图是年月日鄱阳湖水体提取图(浅蓝色代表水体)图是年月日鄱阳湖水体提取图(深蓝色代表水体)图是两幅水体提取图的叠加浅蓝色是水体范围深蓝色是变化的范围由图可以明显的看出随着水位的涨落鄱阳湖蓄水面积的变化情况珠湖圩、康山圩、青岚湖、军山湖联圩等区域均与水位的关系不大是由于近年来修建大堤的原因。经过计算年月日鄱阳湖水体面积km年月日鄱阳湖水体面积km。与以往的数据对比根据长江水利委员会水文局年公布的《年鄱阳湖面积、容积量算及分析报告》鄱阳湖年实测范围包括鄱阳湖松门山以北湖泊区、鄱阳湖松门山以南湖泊区、珠湖圩、方舟斜塘、康山圩、黄湖、青岚湖、军山湖联圩、五河尾闾河道。本次影像提取水体面积范围包含上述除去五河尾闾河道的所有水域。根据报告面积统计表国家高程基准m时鄱阳湖松门山以北湖泊区km、鄱阳湖松门山以南湖泊区km、珠湖圩km、方舟斜塘km、康山圩km、黄湖km、青岚湖km、军山湖联圩km、五河尾闾河道km。除去五河尾闾河道之后水体面积总计km根据年月日影像(相对于水位m时)提取水体面积为km相差km。国家高程基准m时年报告中鄱阳湖松门山以北湖泊区km、鄱阳湖松门山以南湖泊区km、珠湖圩km、方舟斜塘km、康山圩km、黄湖干涸、青岚湖km、军山湖联圩干涸、五河尾闾河道km。除去五河尾闾河道之后面积总计km根据年月日影像(相对于水位m时)提取湖区水体面积为km前后相差十倍多从图上分析原因差距之大主要表现于鄱阳湖松门山以南湖泊区、珠湖圩、康山圩、青岚湖、军山湖联圩这几个地方显然是因为近年来修建大堤形成水库所造成的。结语水资源是社会经济发展的基础条件随着我国经济的持续高速发展对水资源的需求日益增加。鄱阳湖作为中国最大的淡水湖资源其地位可想而知在全球气候变化和人类活动的共同影响之下湖面萎缩、水质恶化、湿地退化、旱涝急转等一系列水文与生态问题急需解决。遥感作为一种新兴的对地观测技术具有观测范围大、时效性强、成本低廉等其他技术手段无法比拟的优势是进行湖泊动态监测的一种行之有效的手段。通过试验研究基于遥感技术的鄱阳湖水体面积监测具有速度快精度高等优点能够迅速的进行湖泊的动态监测给湖区的监测带来极大的便利为以后水文生态更加深入的研究提供了一个良好的平台。参考文献:于德浩龙凡邓正栋等基于遥感特征指数的地表水体自动提取技术研究J地球物理学进展()徐涵秋利用改进的归一化差异水体指数(MNDWI)提取水体信息的研究J遥感学报()曲伟路京选李琳李小文环境减灾小卫星影像水体和湿地自动提取方法研究J遥感应用郭善昕蔡阳孟令奎成建国面向环境卫星CCD数据的指数合并和HSV变换水体检测方法的改进算法C许小华张维奇胡强基于MODIS的鄱阳湖湖面面积遥感监测研究J江西水利科技()李辉李长安张利华田礼侨基于MODIS影像的鄱阳湖湖面积与水位关系研究J第四纪研究()杨清华曾福年曹文玉齐建伟范景辉遥感技术在北京周边资源与环境监测中的应用J国土资源遥感()申晋利张军龙基于面向对象分类方法的查干湖地区生态环境变化遥感分析J地球科学与环境学报()马明秀全明宰遥感技术及其应用研究J科技创新导报()李哲莹崔丰元浅谈环境监测中遥感技术的应用J科技资讯()胡黎明苏达王树文遥感与GIS技术在土地利用动态监测及执法监察中的应用J影像技术()

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