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。

MODIS影像水体监测方法研究进展

水体与植被、城市、土壤等地物在不同波段的光谱反射率的差异是利用遥感手段提取水体信息的基本原理。在水体光谱特征分析的基础上,介绍了MODIS数据特征以及各种水体信息的提取方法,比较了这些方法的优点和不足,并详细描述了各种水体指数的应用效果。水体指数法是目前最受关注的水体识别方法。综合利用各种水体指数和波段特征来提取水体信息,可有效排除其他地物的干扰,显著提高了水体监测的精度,从而为大范围的水资源与水环境动态监测迅速提供可靠的数据。

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。

湿地水鸟栖息水位测量方法探析--以涉禽为例

水位不仅直接关系着湿地的存在,更关系着湿地水鸟的栖息利用。关于湿地水鸟栖息水位的测量,一直是难以解决的关键问题。目前在科研中普遍采用相对水位测量,但多难以反映水鸟所在位置的真实水位和真实的科研成果。为了更为深入地掌握湿地水鸟栖息水位的真实数据,对鸟体形态指标法和水文水位法进行了方法步骤、优缺点等方面的详细介绍,并初步认为:鸟体形态指标法理论上更适合湿地水鸟栖息水位的测量,且是可行的,建议尝试使用鸟体形态指标法进行实践验证和推广。

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。

基于Sentinel-2影像的围海养殖信息提取

为了能够利用遥感图像快速准确地提取围海养殖矢量信息,本文选取养殖水体、堤坝及育苗室等交错分布的海参围海养殖区域作为研究区域,根据研究区域Sentinel-2遥感影像的光谱特征,选用归一化差异水体指数(Normalized Difference Water Index,NDWI)、改进归一化差异水体指数(Modified Normalized Difference Water Index,MNDWI)和增强水体指数(Enhanced Water Index,EWI)三类水体指数,分别进行提取实验,利用同时期高空间分辨率的高分二号卫星(GF-2)影像作为参考,验证不同方法的提取精度,精度评价结果表明:相较MNDWI和EWI两类水体指数,NDWI的分类精度更高,且利用NDWI提取研究区域的围海养殖信息的效果更好,所以该方法可在养殖区域的动态监测和规划管理中发挥数据支撑作用。

阿克苏河流域艾西曼湖湿地时空演变及对生态输水的响应

及时了解和定量分析干旱半干旱地区天然生态系统的变化趋势及对生态输水过程的响应,对维护绿洲生态系统健康具有重要意义。论文结合遥感影像和生态输水监测数据,对阿克苏河流域艾西曼湖湿地的时空演变特征和生态输水的响应进行了研究。结果表明,艾西曼湖水域面积萎缩较严重,由1996年的61.57 km^(2)萎缩至2020年的27.76 km^(2),经历了快速下降、缓慢下降和缓慢恢复3个阶段,生态输水后水面面积出现明显的季相变化并伴随滞后现象,峰值出现在11月左右;生态输水对地下水位有明显的抬升作用,并受输水量、输水天数的影响,地下水位变动与生态输水的响应存在明显的滞后效应,时间约为1~2个月;不同的自然植被对生态输水的响应特征存在差异,胡杨对生态输水的响应明显且在距离输水口100~500 m的范围内长势最好,NDVI月度变化显示生态输水对自然植被生长的滞后时间为1个月左右。研究结果对阿克苏河流域天然植被恢复、区域水资源调配、生态需水调度等具有重要的指导价值。

基于综合识别方法的河北白洋淀湿地提取研究

湿地作为地球上宝贵的自然资源,在维持自然生态平衡、改善生态环境、防治污染等方面具有极其重要的功能。基于Landsat 8 OLI遥感数据,通过对比分析关于湿地和水体的不同提取方法及结果,确定了适合于白洋淀淀区湿地和开阔水体的最佳提取方法,并利用改进的指数方法和谱间关系法分别对淀区湿地和开阔水体进行了定量化提取。鉴于白洋淀淀区湿地主要包括开阔水体和芦苇区两部分,将淀区内湿地和开阔水体进行几何拓扑后,得到淀区内芦苇区的范围。总结出一套适用于白洋淀湿地及其组成部分提取的综合方法,为利用遥感技术在白洋淀淀区内提取湿地及相关信息提供了方法借鉴。

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.

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%。

乌江流域水域面积变化的气候效应

为了研究乌江流域水域面积变化的气候效应,采用水体指数法提取研究区2000年~2018年流域水域内气温、降水量、相对湿度、风速等数据。结果显示,2000年~2018年水域面积增加,气温、降水量冬季增加、夏季减少,相对湿度、风速冬季、夏季都增加。从而说明,水域能调节气温、带来降水、增湿、增加风速,对冬季气温有正效应、对夏季气温有负效应;对冬季降水量有正效应、对夏季降水量有负效应;对冬季、夏季相对湿度有正效应;对冬季、夏季风速有正效应。

四川省马边磷矿区水环境中典型重金属污染分析

马边磷矿区磷矿资源丰富,区内磷矿开采企业较多。在开采的过程中难免会对当地的河水造成一定的影响。为了进一步了解马边磷矿区的环境影响问题,本文通过对磷矿区采集的水体样品和同一地点的水系沉积物样品进行分析测试,共检测了Cd、As、Cu、Cr、Pb、Zn六种重金属元素的含量,采用潜在生态危害指数法对沉积物中的重金属污染程度进行了综合评价。结果如下:马边磷矿区河水中的重金属元素的浓度较低,6种重金属元素含量均低于国家标准(GB3838-2002)。水系沉积物中的重金属元素含量较高,其中:Cd、Pb、Zn分别为2.06mg/kg、182.39mg/kg、479.13 mg/kg。与四川省土壤元素背景值相比:Cd元素超标25.7倍,Pb元素超标5.9倍,Zn元素超标5.5倍,其余元素未超标。与马边地区1∶20万区域水系沉积物背景值相比:Cd元素超标3.12倍,Pb元素超标3.3倍,Zn元素超标2.5倍,As元素超标1.6倍,Cu、Cr元素含量在背景值以内。与"中国土壤元素背景值"相比:Cd元素超标29.4倍,Pb元素超标7.7倍,Zn元素超标7.1倍。潜在生态危害指数法评价结果表明:Cd的生态危害指数最大,其次为Pb和As,其余Cu、Cr、Zn等元素属于轻微生态风险。

基于Landsat影像的洪泽湖水面面积及其变化分析

针对洪泽湖水域环境急剧变化的问题,湖泊水面面积变化监测成为湖泊遥感调查中一项必不可少的工作。利用中分辨率卫星平台Landsat监测所得数据TM/ETM+/OLI对洪泽湖水面近十年来水面面积进行监测,分析洪泽湖水域面积变化趋势。结果表明,十年来洪泽湖水面面积呈现减少趋势,且以洪泽湖北部与西部最为显著。

基于高分一号卫星遥感数据的复杂水体信息提取方法研究

以山东省微山县为研究区,高分一号卫星遥感影像为数据源,基于单波段阈值法、归一化水体指数法与决策树法对复杂水体信息进行提取,采用人工目视解译的水体信息作为真值,统计3种方法的漏提率、误提率和提取精度;采用混淆矩阵验证3种方法对不同类型的水体的提取精度。结果表明,3种方法均可应用于水体信息提取,按提取精度由高到低的顺序是决策树法(98.7672%)、单波段阈值法(98.1526%)、归一化水体指数法(95.2977%)。

城市黑臭水体评价方法研究

基于黑臭水体形成机理研究的基础上,从物理指标、化学指标以及生物指标三方面详细介绍了国内外几种应用比较成熟的城市河流黑臭水体评价方法,并分析其各自优缺点。通过分析比较,建议我国未来城市黑臭水体判别标准的制定应综合考虑水体的物理指标、化学指标及生物指标,以此建立一套客观、全面、科学的黑臭水体评价体系。

景观水体富营养化评价及原因分析

本文以总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素a(Chla)、高锰酸盐指数(COD_(Mn))、透明度(SD)等表征富营养化的指标作为评价因子,采用综合营养状态指数法评价关中地区典型城市渭南市两处景观水体富营养化情况。监测结果表明:两处景观水体均为中营养状态,但氮磷营养盐浓度较高,存在富营养化趋势。在监测研究基础上,分析原因提出相应治理对策。

基于国产GF-1遥感影像的水体提取方法

山区水资源信息高精度提取是西北干旱区水文水循环及水资源利用等研究领域的核心热点问题,但山区由于各种限制因素,如阴影、积雪和山体裸地等,使得高分辨率遥感监测效果不佳。本文基于高分一号遥感影像,利用单波段阈值法、NDWI与多波段法进行特克斯河流域水体信息提取,通过分析3种水体提取方法的利弊,提出单波段阈值法与构建的阴影水体指数SWI=B1+B2-B4相结合的决策树水体信息提取方法,用结合实地采样得到的混淆矩阵对水体区域的整体提取结果进行精度验证对比分析。实验结果表明,单波段阈值法易受山体阴影的影响,但受积雪与裸地的影响较小;NDWI法易受山区小面积阴影影响;多波段法提取水体信息较好,但受部分阴影与薄雪影响。决策树法能有效地消除积雪和裸地等气候环境的干扰,完整地提取水体信息,总体精度为92.34%以上,Kappa系数在0.82以上。

城市景观水体表观质量评价方法研究

以苏州城区29条景观河道为研究对象,分别以单因子评价法和黑臭判别式法对其水体表观质量进行评价。单因子评价法的评价结果主要为Ⅴ和劣Ⅴ类,区分度不高;五种黑臭判别式吻合率分别为60.3%、71.6%、66.0%、60.3%、72.8%,且仅能判断是否黑臭;二者均不能准确描述水体表观质量变化进程。基于以上情况,提出了水体表观质量综合评价指数法(SQI),其评价结果与水体表观现场评价吻合率为82.5%,整体上与公众主观感受一致;表观质量指数区分度明显,能够反映水体表观污染效应渐变过程。