Advances in Methods of Surface Water Extraction Based on MODIS Data

In recent years,remote sensing technology has been widely used to distinguish and extract water body information on the surface of land,investigate and analyze surface water resources,monitor and study ecological environment,monitor and assess floods. Remote sensing data provided by MODIS sensor carried on satellites in the United States Earth Observation System（ EOS） have high spatial and temporal resolution and spectral resolution,and images have a wide coverage range and are available for free. Moreover,they can be used for dynamic monitoring of changes in water body area on the earth quickly and efficiently. In this study,based on the analysis of spectral characteristics of water body,the characteristics of MODIS data and the methods of surface water extraction were introduced,and the advantages and disadvantages of various methods of water body extraction were analyzed by the comparison between the practical application effects of these methods.

基于高分一号遥感影像的水体提取方法对比分析与改进

以高分一号遥感影像为数据源,以安徽省黄山市屯溪流域内的东方红水库为研究对象,采用单波段阈值法、两波段差值法、波段比值法、归一化差分水体指数(NDWI)法、归一化差分植被指数(NDVI)法共5种水陆像元度量方法,分别应用平均值法和最大类间方差迭代法两种阈值选取方法对东方红水库进行水体提取,探索最大类间方差迭代法在水体提取变量上的改进效果,在此基础上提出了一种改进的最大类间方差联合水体提取法,并对比了改进前后的水体提取效果。结果表明:改进后的水体提取方法可以很好地降低影像提取中产生的噪点,提高水体提取的精度,提取成果的平均相对误差为4.69%,决定系数为0.8579,相比于改进前平均相对误差降低了0.68%,决定系数提高了0.0539。

基于光学遥感的内陆地表水体提取综述

内陆地表水体包括江河、湖泊、水库等,是人类和生态系统的重要淡水资源,其监测、管控具有重要意义。光学遥感技术为地表水资源监测提供了极大便利,是内陆地表水体提取与动态监测的重要手段。文章从水体提取的基本原理、遥感数据源、提取方法和存在问题与展望4个方面进行评述。水体在遥感影像上具有独特的特征,通过遥感手段能够精确、科学、有效地提取内陆地表水体;多种遥感数据源可用于水体提取;光学遥感水体提取方法可分为阈值法、分类器方法、面向对象方法、深度学习方法和其他方法,不同的方法有不同的优缺点和适用条件,根据研究区情况,合理选择多源数据、结合多种方法往往能够提高水体提取的精度;基于光学遥感的水体提取目前仍然存在一些问题,例如遥感数据时空分辨率的制衡、水体特征的挖掘、水体模型的泛化能力以及精度评价标准的统一性等。

水萃离心法提取3种油体富集物的理化性质和功能性质

为了对比不同油体富集物理化性质及功能性质的差异,采用水萃离心法从大豆、花生、葵花籽3种大宗油料种子中提取油体富集物,对比研究了油体富集物的得率、基本成分、粒径、Zeta电位、蛋白质组成、黏度、起泡性、乳化性、分层稳定性以及冻融稳定性。结果表明:大豆油体富集物的得率和固形物含量都显著低于葵花籽和花生油体富集物的(p<0.05),且具有不易掩盖的豆腥味;3种油体富集物的基本成分之间都存在显著性差异(p<0.05),蛋白质的分子质量分布也不尽相同;3种油体富集物的粒径和Zeta电位绝对值由小到大顺序均为大豆油体富集物<葵花籽油体富集物<花生油体富集物;在黏度、起泡性、乳化性、分层稳定性、冻融稳定性方面,由大到小排序均为大豆油体富集物>葵花籽油体富集物>花生油体富集物。

基于LandsatTM数据的济宁市水体识别方法研究

文章基于济宁市2009年LANDSAT TM影像,根据影像各波段间的相关性和地物在各影像上的灰度差异,分别采用单波段阈值法、多波段谱间关系法、改进的水体指数法(MNDWI)及HIS空间水体提取模型法对济宁市水体信息进行识别提取。在此基础上,结合归一化指数法和HIS空间水体提取模型,提出了一种综合性的水体信息提取方法,并对各方法提取结果进行了精度评价。结果表明,已有方法对济宁市水体识别存在一定的缺陷,而综合法集成了归一化指数法和HIS空间水体模型的优点,很好地弥补了已有方法的不足,对济宁市水体信息进行了较好的提取,尤其是细小水体,同时也很好地消除了建筑物、阴影、水生植被等的影响,提高了济宁市水体信息识别的精度,为更好地定量评价济宁市地表水体时空演变规律等提供帮助。

ENVISAT卫星先进合成孔径雷达数据水体提取研究——改进的最大类间方差阈值法

星载雷达遥感是目前洪涝灾害水情监测的重要技术手段之一,而欧空局ENVISAT卫星上搭载的先进合成孔径雷达ASAR是目前功能最为强大的星载雷达系统。依据微波遥感影像中水体后向散射系数相对较低的特征,将图像分割中的常用算法——阈值法应用到ENVISAT ASAR数据水体提取中。进行了洞庭湖地区2007年枯水期和洪水期两景ENVISAT/ASAR APP-1P影像的实例研究,结果表明,综合考虑类间和类内方差两个因素的改进的最大类间方差法较之双峰法和最大类间方差法,其确定的最优阈值水体提取精度最高。另外,该方法相对简单、容易实现,可极大地提高当前ASAR数据计算机水体识别的自动化水平,进而推动ASAR数据于阴雨或多云天气条件下在洪涝灾害水情监测中的应用。

基于K-T变换的地表水体信息遥感自动提取模型

传统的水体提取方法阈值法和谱间关系法对于水体和云体阴影难以区别,影响提取精度。为建立一种能精确提取水体并且能够消除各种云体阴影影响的模型,对所研究的图像先进行K-T变换,再利用新生成的6个波段建立水体信息提取模型。结果表明:只有水体(W ater)的波谱曲线具有W型的独特特征,建立的水体提取模型G reenness〈W etness〉Fourth不但可消除云体阴影,而且可高精度地提取地表水体。

基于MODIS数据的川西山区河道水体提取方法研究

MODIS数据时间分辨率较高,将其应用于河道监测优势明显。川西山区河道狭窄,水体像元多为混合像元,并且山区沟壑众多,山区阴影、混合雪盖和城镇区域的反射率特征与山区河道水体反射率特征相近,利用现有方法提取水体难度较大。为将MODIS数据的优势运用于山区河道监测,选定岷江上游区域作为典型研究区域,在对多日MODIS数据中的典型地物进行采样分析后,对归一化植被指数法(NDVI)进行了改进,将其与MODIS第1波段数据组合得到山区水体增强指数(MEWI),实现了图像中山区沟壑的模糊处理,突出了水体。在针对山区地物特点进行图像增强后,河道水体清晰可辨,能够应用于山区5级以上河流的监测。

基于MODIS数据的水体提取算法研究与实现

MODIS遥感数据以其自身特点已被广泛应用于洪水灾害监测。根据MODIS数据的特点以及水体的波谱特性,分别采用了归一化植被指数法、谱间关系法和自组织神经网络算法进行了水体提取试验研究,并对比分析了三种方法的优缺点,以及用C语言对这三种算法进行实现。

基于爬峰法聚类的TM图像专题信息人机交互提取

介绍一种基于爬峰法(或称寻谷法)聚类的专题信息交互提取方法。爬峰法是一种基于高维直方图的图论方法,是一种完全的非参数聚类方法,具有适应性好、计算速度快的优点。

基于ENVI+IDL的水体提取后处理实现研究

通过IDL语言调用ENVI二次开发函数库,首先基于多波段谱间关系法实现华南山区细小水体的自动提取,然后利用数学形态学膨胀滤波算法对图像进行断线连接和小孔填充,最后通过对比形态学腐蚀算法和Pavli-dis异步细化算法对图像进行细化处理,从而得到比较理想的细小水体。结果表明:该方法能够有效解决水体提取后断线连接、空洞填充及细小水体细化等问题,从而为水体自动、快速提取和分类提供有力帮助。

基于混合特征空间MRF(Markov Random Filed)模型的高分辨率遥感影像水体提取

水体信息提取是遥感图像在水资源调查与利用、水生态监测等应用中的关键技术之一.针对现有的水体指数法或影像分类法在水体边界处理效果不够精确、易产生误提取和漏提取等问题,提出一种基于混合特征空间与MRF模型图像分割算法的水体提取新算法.结合遥感图像颜色特征与归一化差异水体指数NDWI创建混合特征空间,将遥感图像中的像素作为MRF模型中的随机变量,构建基于混合特征的能量函数,使用迭代的图割算法(Graph Cut)最小化能量函数确定水体边界,然后根据已提取的水体主体的水体指数及颜色特征等信息对水体边界进行自适应精细化处理.对石梁河水库水体提取的实验表明,该方法能够自动对周边环境复杂的水库水体信息进行提取,并且水体边界的提取效果良好,达到较高的水体提取精度.

不同指数法在地表水体提取中的效果比较

由于遥感技术能够快速、高效地获取地表水体的时空分布特征,目前基于影像提取内陆水体的方法很多,但针对不同类型的水域,哪一种方法提取效果更好,是值得探讨的问题。以天健湖、须水河和黄河郑州段3个水域为研究对象,基于GF-2,Landsat8,SPOT5卫星影像,采用水体、植被指数法等几种方法提取水域部分。通过分析提取效果,得出:对于水体较浅的天健湖,无论是GF-2还是Landsat8影像,提取效果较好的方法是水体指数法,提取效果较差的均为单波段阈值法;对于相对较深的须水河,无论是GF-2还是Landsat8影像,提取效果较好的方法是植被指数法,提取效果较差的均为单波段阈值法;对于含沙量较大、有细小水体的黄河水域,提取效果相对较好的是水体指数法,较差的是单波段阈值法和植被指数法。表明:在基于影像提取水体时,首先应弄清水域的情况,以采用相应的遥感指数。

黄河流域内陆地表水体提取方法研究

[目的]对黄河流域内陆地表水体提取方法进行对比分析,为有效提取含沙量大的黄河流域水体提供方法指导。[方法]采用目前提取水体效果较好的两种方法——改进的水体指数法(MNDWI)和线性光谱混合模型(LSMM),以Landsat 8OLI数据为例,选择黄河流域水库、湿地、湖泊和河流作为研究对象,将其划分为2大类,即水体和非水体,利用高分辨率影像进行精度分析,研究两种方法的区域适应性。[结果](1)利用线性光谱混合模型在提取水库、湿地和湖泊比改进的水体指数模型精度更高;(2)利用这2种方法在提取面积较大、分布集中的水体比提取细长型分布的线状河流效果更好。[结论]混合像元在高分辨率的影像中也是存在的,在水体提取的时候,利用线性光谱混合模型考虑了混合像元对水体提取的影响,极大提高了精度,试验证明线性光谱混合模型优于改进的水体指数法。

基于Landsat ETM＋的内陆湖泊水体信息提取方法研究

【目的】针对已有水体信息提取方法无法准确识别干旱区湖泊水体和非水体边界信息的缺点,提出一种新的水体信息提取方法,以期高精度地提取水体信息。【方法】以我国最大的干旱区内陆淡水湖———博斯腾湖及其周边地区为研究对象,以研究区Landsat ETM+遥感影像图为主要数据源,以大量的湖岸线GPS定位数据为检验依据,提出了多波段DN值比较法(CBDN),并对比分析了CBDN与常用的单波段阀值法、NDWI、MNDWI、谱间关系法和NDWI3等方法的水体信息提取效果,对各种方法提取结果的精度进行评价。【结果】CBDN法不仅能准确地提取水体信息,而且该法提取的水体与非水体之间的边界线与实际湖岸线非常接近,水体与非水体信息提取的总体精度最高,为99.29%。【结论】CBDN方法优于其他已有的常用水体信息提取方法,该法操作过程较简单、快捷方便,有一定的推广价值。

1987～2016年红崖山水库面积时空变化分析

【目的】红崖山水库是亚洲最大的沙漠水库,对水库的水域变化进行监测与评估,目的在于保障水库调水能力和评估民勤绿洲水资源承载能力.【方法】利用收集的1987~2016年间95景Landsat TM/OLI影像和2景GF-1卫星遥感影像,选用基于阈值分割的改进归一化差异水体指数法(MNDWI),对红崖山水库近30a的水域动态信息进行提取.【结果】红崖山水库水域面积变化具有明显的季节性,水库水域面积总体呈现波动上升趋势,1987~1991年先下降,平均每年减少约2.1km^2;1991~1997年先上升后下降,期间水域面积总体增加,即由1991年的7.85km^2增加到1997年的11.44km^2,增加了3.59km^2;1997~2009年面积再次出现以2006年为转折点的先升后降的倒"V"型变化,即从1997年的11.44km^2增加到2006年的21.37km^2,再降到2009年的9.84km^2;2009~2016年间水域面积再次波动上升,上升了10.71km^2,其年际变化总体呈"W"型趋势.【结论】定期的农业灌溉、长期的扩建加固工程及人工增雨增雪是影响水库水域面积月际和年际变化的主要原因,人口数量下降和产业结构调整是间接影响因素.

基于SPOT-5影像的吴哥地区水体提取方法研究

对于一个较小研究区提取地物信息,需要更高的空间分辨率和适合的光谱信息。以柬埔寨吴哥窟西北部为研究对象,开展基于SPOT-5影像的水体信息提取方法研究。通过分析研究区内的地物光谱特征信息,发现各地物在绿色波段和短波红外波段虽然都有下降趋势,但是水体的变化程度最大。利用这个信息建立决策树的一种水体提取模型:Band3/Band4>1.73并且Band1>Band4。通过与NDWI法、决策树模型提取精度进行对比,证明该模型提取精度有较大提高,可有效地消除水田对提取精度的影响。

水库水体的最大类间方差迭代遥感提取方法

针对利用遥感影像结合经验阈值提取水体信息需要进行大量试验,难以客观地确定水体与非水体分割阈值的问题,在最大类间方差法的基础上提出了最大类间方差迭代法来优化提取水库水体信息。基于高分一号(GF-1)卫星影像数据,使用归一化差分水体指数(NDWI)法初步提取了水体信息,通过形态学膨胀算法建立缓冲区,采用多次迭代最大类间方差法计算自适应阈值,用于分割水体与非水体,从而实现水体最优提取。实例验证结果表明,提出的优化方法可以有效地消除建筑等非水体地物信息的干扰,较准确地提取水库水体信息在不同时期的特征,总体分类精度与Kappa系数较最大类间方差法提取结果分别提高了9.36%和24.09%,综合精度平均提高了10.42%。

环境水体中微塑料分析方法研究进展

在环境水体中,微塑料的吸附能力、迁移能力强,具有生物富集性,是一种具潜在风险的新型污染物。由于水体环境复杂而微塑料颗粒通常极小,分析鉴定是目前开展研究工作的瓶颈。通过文献收集和归纳,文中介绍了近年来水中微塑料的样品采集、分级分类提取以及成分鉴定分析等方法,系统地阐述了显微傅里叶变换红外光谱(micro-FTIR)在微塑料分析中的应用性与可瞻性。通过分析各类方法适用性、局限性,总结得出适用于水环境微塑料分析的全流程分析方法,为今后开展环境水体中微塑料赋存特征、迁移转化规律以及潜在环境风险等研究工作提供基础。

遥感影像水体信息提取研究进展

水资源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。遥感影像水体信息提取对水资源的监测、规划、保护、利用至关重要,一直受到专家学者的关注。针对国内外专家学者利用遥感影像进行水体信息提取的相关研究成果,文章按照阈值分割法、分类器模型法、基于“全域-局部”的提取法和光谱混合分析法4类,对前人提出的水体提取理论和方法进行归纳总结;在此基础上,指出制约水体信息提取精度的瓶颈和解决措施;最后对遥感影像水体信息提取的发展趋势进行展望。