TM影像湿地水体信息自动提取方法研究

TM影像湿地水体信息自动提取方法研究

水资源研究!第28卷第4期(总第105期)2007年12月

新技术应用

TM影像湿地水体信息自动提取方法研究

钟春棋 曾从盛

(1.福建师范大学地理科学学院,福建福州350007; 2.福建师范大学亚热带湿地研究中心,福建福州350007)摘 要:在杨存建等人发现LandsatTM影像中水体具有TM2+TM3>TM4+TM5的特征的基础上,分析了水体及其它几类主要地物的光谱特性在TM影像中的表现特征,发现水体、居民地的阴影以及山体阴影都具有TM2+TM3>TM4+TM5的特点,但是3者(TM2+TM3) (TM4+TM5)的比值却存在着较大的差异,所以辅以适合的阈值(水体(TM2+TM3) (TM4+TM5)>2.0)可以将水体信息区别于其它所有的地物。并将该方法分析了含不同水体类型的福州市TM遥感影像进行了实验,研究发现用该方法可以将水体与全部居民地的阴影和山体阴影区分开来,实验取得了良好的效果。该方法可用于快速、简便和准确地提取城市和山区中的水体信息,同时克服了水体提取中难于消除阴影(居民地阴影与山体阴影)的难题。关键词:湿地水体;阴影;信息提取;TM影像;福州市

随着航空、航天技术的飞速发展,遥感技术成为研究全球变化、人口资源环境不可替代的先进手段。遥感数据具有感测范围大、信息量大、更新时间快,且对被调查对象不产生破坏的特点,适用于大范围的资源调查与研究。利用卫星遥感数据提取水体,进行水资源宏观监测、洪水淹没范围评估、湿地资源动态变化及监测海岸线变化等在近几十年里得到了广泛的研究与应用。水体的研究离不开对水体范围、界线的准确提取,这对海岸线变化监测、洪涝灾害监测尤为重要[1]。

阈值法、差值法、密度分割法、色度判别法、比率测算法、谱间关系法以及基于知识水体的自动判别法和根据形状信息进行水体识别与分类方法等各种方法相继提出并得到了应用[2]。陆家驹等分别用阈值法、色度判别法、比率测算法从TM资料中识别水体;周成虎、杜云艳等提出了基于水体光谱知识的AVHRR影像水体自动提取识别的水体描述模型,并将该模型应用于太湖、淮河、渤海等地区;Shil利用LandsatMSS单波段(NIRTM7)密度分割法提取水体,以上方法可以有效提取平原地区的水体,但将其应用于山区水体的提取时,难于区分山体阴影。杨存建等针对这一问题,发现TM影像中,只有水体具有TM2加TM3大于TM4加TM5的特征,据此可以将水体提取出来[5]。但该方法无法将城市中居民地的阴影与水体分开来,针对这一问题,徐涵秋在对Mcfeeters提出的归一化差异水体指数(NDWI)分析的基础上,对构成该指数的波长组合进行了修改,提出了改进的归一化差异水体指数MNDWI(ModifiedNDWI),使用该方法可以区分水体与居民地阴影,很好地提取城市中的水体信息[1]。

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本文在杨存建、徐涵秋等人研究水体信息提取方法的基础上,利用TM影像中不同地物(TM2+TM3) (TM4+TM5)的比值差异,从而将水体信息区别于其它所有的地物。该方法可以有效地将水体与居民地及山体阴影区分开来,是一种自动提取水体信息的有效快捷的方法,适合于较大范围的水体信息自动提取。

1 水体识别基本原理与方法

1.1 水体的遥感信息机理分析

卫星遥感影像记载了地物对电磁波的反射信息,以及地物自身的热辐射信息。各地物由于其结构、组成以及理化性质的差异,从而导致不同的地物对电磁波的反射存在着差异,以及其热辐射也不完全相同。

由于水体对入射能量(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。在TM遥感的蓝光波段(TM1),绿光波段(TM2)里水体的反射率相对较强,并且对蓝光波段有明显的散射作用,但其它各类背影地物的反差也不明显;水体对红光波段(TM3)的反射率次之;近红处(TM4)、中红外波段(TM5),水体具有强烈的吸收性,几乎吸收了全部的入射能量,所以反射能量很少,而土壤和植被在这两个波段内的吸收能量较小,而且有较高的反射性,这使得水体在这两个波段上与植被、土壤有明显的区别,在TM影像上水体在这两个波段上呈现暗色调,而土壤和植被则呈现相对较亮的色调。但是,在山区,由于山体的阴影的影响,使得近红外、中红外在阴坡面的反射能量

收稿日期:2007-06-12

基金项目:福建省科技厅资助项目(2005K024);福建省重点建设 海峡西岸资源环境科技创新能力建设 资助项目作者简介:钟春棋,男,福建师范大学地理科学学院,硕士研究生。

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