MODIS水体指数模型(CIWI)研究及其应用

本文通过分析MODIS与水体识别相关的1～7波段地物光谱图像特征及相关水体指数模型的识别效果，提出了新的水体指数模型（CIWI）。该模型采用植被指数与近红外波段7的进一步组合，有效地解决了水体与云、植被、城镇等其他信息的分离问题，特别是明显地增强了水体与城镇的分离度，实现了水体信息的有效提取。通过应用2004-2005年的MODIS资料对广西贵港市平龙水库进行水体信息遥感监测表明，CIWI水体指数模型优于其他水体指数模型。

基于MODIS遥感影像的湖水体面积与水位关系

为了弥补新疆博斯腾湖区云天状况下光学遥感监测水体面积的不足、提高水体面积监测的效率,该文利用2001-2010年5-10月MODIS影像提取的水体信息和逐月水位监测数据,采用统计分析的方法确立了博斯腾湖面积-水位关系模型,并建立了2001-2010年5-10月面积-水位曲线。面积-水位曲线拟合和遥感提取的水体面积均方根误差较小(24.1km2)。结果表明:MODIS遥感数据能有效地监测水体面积变化,2001-2010年博斯腾湖水体面积、水位呈下降趋势。博斯腾湖(不含小湖群)的水体面积与水位相关性高,且在一定范围内有着较好的三次回归关系。该研究可为云雾天气下博斯腾湖(不含小湖群)水体面积遥感定量监测提供弥补方法和途径。

苏北大型湖泊水域的EOS/MODIS遥感监测

为了从宏观上了解江苏省境内主要湖泊水体的动态变化及原因,并为有关部门指挥防洪抗旱和治理水环境提供准确的决策依据,利用2005年夏季多景EOS/MODIS卫星遥感影像数据,对入夏以来苏北地区主要湖泊水域——骆马湖、洪泽湖、高邮湖(含邵伯湖)进行了卫星遥感动态监测,生成3通道合成彩色图像,运用阈值法提取湖泊及其周边水域的水体边界,并计算水体面积。最后从气象因素对湖泊的水体面积变化进行了分析。遥感图像与面积统计数据直观地反映出,2005年入夏以来苏北各大湖泊水域的水体面积随着前期干旱和其后大量降水的发生而出现比较明显的减小和增加,可见一段时期内的日照时数、降水量等气象因子会对湖泊及周边水域的面积增减产生很大影响。

基于MERSI和MODIS资料的鄱阳湖水体面积遥感监测及其变化特征

针对鄱阳湖重要国际湿地水体面积变化,以MERSI/FY-3和MODIS/EOS资料为主信息源,采用植被指数、多波段运算方法对鄱阳湖水体面积进行遥感监测。比较分析了MERSI与MODIS资料的光谱特点及对水域面积监测的差异,根据水体在近红外和红光波段反照率的特点,建立了鄱阳湖水体遥感监测指标,动态监测鄱阳湖水体面积变化。研究表明,近几十年来,鄱阳湖水体面积季节变化明显。近16年来,鄱阳湖丰水季与枯水季水域面积相差1倍以上;春季平均为2210km^2,夏季3360km^2,秋季2300km^2,冬季1510km^2。有关成果为鄱阳湖生态经济区建设和鄱阳湖湿地生态保护提供科学依据,为湖区防洪救灾提供决策参考。

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遥感数据的水体提取方法及模型研究

利用遥感数据提取水体,是水资源和洪涝灾害监测的重要手段及其理论基础。本文根据MODIS遥感数据的特点以及水体的波谱特性,分析了水体在MODIS不同通道遥感影像上的反映特征,确定了MODIS遥感数据中对水体敏感的若干通道,以此作为理论基础,提出了利用MODIS遥感数据进行水体提取的方法以及相应的实现模型。

基于MODIS遥感数据的水体提取与制图研究

利用可见光和近红外波段的地物光谱反射率差异可以从遥感数据中提取水体。利用归一化植被指数(ND-VI)从2个MODIS空间分辨率为250m的遥感数据中提取水体,并进行假彩色合成,实现遥感数据水体制图。

基于MODIS数据的水体提取研究

通过对遥感图像各类地物的光谱和水体在中等分辨率的EOS/MODIS上的波谱特征的分析,论述了水体最为明显的波段组合,研究了如何从不同时期(枯水期、丰水期)的中等分辨率MODIS遥感影像提取水体的方法,并以武汉市梁子湖为例,对水体提取范围和精度进行比较和分析。实验表明:遥感图像经空间变换后再利用相同的方法提取的水体,更容易区分水体和阴影,产生的噪声也少,提取的水体范围更准确、计算的水域面积精度更高。

基于MODIS数据的百色水利枢纽水库水域提取研究

利用2006年11月4日的美国EOS-MODIS/TERRA卫星的MODIS遥感数据,采用图像差值运算和阈值法提取百色水利枢纽水库蓄水后的水域范围,统计像元数计算水域面积。结果表明,在差值图像上,水域具有较高的灰度值,表现为灰白色或白色,而陆地具有较低的灰度值,表现为灰黑色到黑色的过渡变化,水陆边界较为清晰,可以用于水域的目视判别和阈值的选定;提取出的百色水利枢纽库区水域呈树枝状分布,蓄水后形成一个大型人造湖泊,湖泊内形成多个岛屿,提取出的水域面积为167.875km2;受MODIS空间分辨率的限制,对于实际较细小的线状水域,提取出来的结果出现不连续现象。

基于MODIS遥感数据的水体提取算法研究

针对MODIS遥感数据采用多波段普间关系算法提取水体容易与阴影混淆,产生提取不精确的问题。作者将对多波段普间关系水体提取算法进行研究,并以鄱阳湖为实验对象,使用改进后的多波段普间关系算法对水体进行提取。实现提升水体提取精度的目标。

基于MODIS的改进型组合水体指数(MCIWI)提取复杂水体信息的试验

在分析MODIS数据与水体识别相关的1~7波段典型地物光谱图像特征及相关水体指数模型的基础上,对莫伟华等提出的组合水体指数（CIWI）提出了改进,用归一化建筑指数（NDBI）与归一化植被指数（NDVI）组合,构建了改进型组合水体指数MCIWI（Modified-Combined Index for Water Body Identification）,增强了河流、湖泊等水体与城镇、植被等其他信息的区分度,能够有效提取水体信息,特别是城市水体信息.通过应用2009年的MODIS资料在重庆主城区与长寿湖区的水体信息遥感监测实验表明,MCIWI水体识别效果要优于其他水体指数模型.

基于MODIS的沿黄粮食主产区耕地利用水分盈亏特征分析

明确中国核心粮食主产区耕地水分盈亏状况,有利于区域灌溉策略制定及保障国家粮食安全。为探讨沿黄粮食主产区耕地利用下水分盈亏规律,该研究基于土地利用现状数据、MODIS遥感数据和常规气象数据,在Priestley-Taylor公式、区域遥感蒸散模型支持下构建水分盈亏评价模型,揭示2000-2020年原阳县、封丘县、延津县、长垣市、滑县和濮阳县沿黄6县的气候水分平衡状况及耕地利用下水分盈亏效应。结果表明:1)2000-2020年沿黄6县耕地及其子类型面积均缓慢下降,垦殖率由2000年81.46%降至2020年的79.34%,耕地变化过程类型以稳定型、前后期萎缩型以及前期新增型为主;2)研究区常年水分盈亏指数为-0.60,整体气候水分亏缺,以原阳县西南部、滑县、濮阳等地最为突出,同时在各研究时点呈现趋势性变化规律;3)研究区耕地多处于较为严峻的气候干旱状态,缺水类型主要为中度、重度和严重干旱,无正常和轻度干旱区,且在变化状态效应上,稳定型耕地处于严重干旱状态,前期和后期萎缩型耕地重度干旱,前期新增型耕地为严重干旱。当地需通过“以水定产,量水而行”并在保障粮食安全生产前提下,积极谋划和推行面向水分平衡目标的区域耕地可持续利用战略。研究可为沿黄区耕地灌溉策略制定及保障国家粮食安全提供支持。

基于MODIS数据的甘肃主要水库水体面积变化特征

掌握甘肃主要水库的水体面积变化规律,对"甘肃省国家生态安全屏障综合试验区"建设具有重要参考意义。基于2000—2014年MODIS的8 d合成地表反射率产品MOD09资料,利用WI1水体指数,对甘肃四大水库双塔、昌马、红崖山和刘家峡的水体面积进行监测,并与兰州区域气候中心实时接收的卫星资料目视解译结果进行对比、建立相关关系,进而对上述水库水体面积变化状况进行研究。结果表明:甘肃四大水库8 d合成产品MOD09反演的水体与卫星实时资料目视解译结果均具有很好的相关性,且变化趋势较一致,MOD09产品反演结果能够反映水体实时变化状况,可用于水库水体面积的变化特征研究。近10 a多,甘肃四大水库水体面积表现出春季或秋季较大、夏季最小的年内分布特征,各水库水体面积的年际变化趋势较复杂,疏勒河上的昌马和双塔水库春、夏、秋三季水体面积的年际变化趋势不明显,而红崖山和刘家峡水库水体面积均呈波动增加趋势,这对甘肃中西部农业灌溉极为有利。

基于MODIS遥感数据的水体提取模型及算法改进

针对MODIS遥感数据采用多波段谱间关系模型提取水体容易与阴影混淆,产生提取不精确的问题,作者改进了模型中的水体提取算法,然后对鄱阳湖的MODIS遥感数据进行水体提取实验。最终,实验结果表明,改进后的水体提取算法能够有效地提升水体提取精度。该方法现已运用到一些采用MODIS数据进行水体监测与提取的实践作业中。

基于U-Net、U-Net++和Attention-U-Net网络的遥感影像水体提取

目前,深度学习在高分辨率遥感影像水体提取方面的应用已成为遥感领域的研究热点。其中基于U-Net网络的算法在水体提取中表现出较好的性能,但鲜有研究对不同U-Net网络算法在水体提取任务中的性能差异进行深入比较。因此,本文选择U-Net、U-Net++和Attention-U-Net 3种卷积神经网络,基于GID数据集,进行试验与定量分析。结果表明:U-Net++的训练精度最高,其次为U-Net、Attention-U-Net,三者分别为0.912、0.907、0.899;U-Net++的边缘提取能力优于其他两种网络;在分割不同类型水体和区分遥感影像中与水体区域相似的非水体区域上,U-Net++的提取效果显著,U-Net和Attention-U-Net易出现漏提现象,效果欠佳。

基于深度学习的遥感图像水体提取综述

对江河湖泊等水体目标的空间分布、时序变化进行及时、准确的检测和统计具有十分重要的意义和应用价值,已成为当前遥感地表观测研究的重要热点。传统水体提取方法依靠经验设计的指数模型进行水体阈值分割或分类,易受到植被、建筑物等地物的阴影以及水体自身泥沙含量、盐碱浓度等理化特性变化的影响,难以在不同时空尺度环境下保持鲁棒性。随着海量多源、多分辨率的遥感图像的快速获取,深度学习算法在水体提取方面的优势逐渐凸显并被国内外学者广泛关注。得益于深度神经网络模型强大的学习能力和灵活的卷积结构设计方案,研究人员陆续提出了各种模型和学习策略用以提高水体提取的鲁棒性和精度,但目前缺少对该类研究进展的全面综述和问题剖析。因此,文章对近年来国内外发表的相关研究成果进行总结,重点归纳不同算法在遥感图像水体提取方面的优缺点及存在的问题,并对基于深度学习的遥感图像水体提取方法研究的发展提出了建议和展望。

海绵城市建设背景下江苏宿迁市中心城区水面率与内涝关系研究

水域作为城市生态系统的重要组成部分,是系统化全域推进海绵城市建设的重要内容。为了探究城市水面率与内涝风险的关系,通过GPS-RTK和网络RTK遥感技术对江苏宿迁市中心城区2023年水域面积进行动态监测,分析影响水面率变化的因素,并通过建立网格分区及不同排水分区,将城市易涝点与水面率结合,研究城市内涝与水面率之间的关系。结果表明:2023年12月宿迁市中心城区水域面积为31.824 km^(2),较2022年增加0.047%。引起水面率变化的原因中,人为因素占主导地位,海绵城市建设中水系连通、生态修复等措施是提升水面率的重要手段。水面率与内涝点分析表明水面率是影响城市内涝的因素之一,在水面率较低的区域更容易发生内涝。研究成果对系统化全域推进海绵城市建设具有重要意义。

基于分层特征提取和多尺度特征融合的高分辨率遥感影像水体提取深度学习算法

高精度的水体提取有助于水资源监测和管理。目前基于遥感影像的水体提取方法缺乏对于边界质量的重视,造成边界划分不准确,细节保留度低的问题。为了提升遥感影像水体提取的边界与细节的精度,提出了一种基于多尺度特征融合的高分辨率遥感影像水体提取深度学习算法,包括分层特征提取模块与融合多尺度特征的堆叠连接解码器模块。分层特征提取模块中,引入了通道注意力结构,用于整合高分辨率遥感影像中水体的形状、纹理和色调信息,以便更好地理解水体的形状和边界。在融合多尺度特征的堆叠连接解码器模块中,进行了多层次语义信息的堆叠连接,并加强了特征提取,同时捕捉了广泛的背景信息和细微的细节信息,以实现更好的水体提取效果。在自行标注的数据集与公开数据集上的试验结果表明,模型的准确率达到了98.37%和91.23%,与现有的语义分割模型相比,提取的水体边缘更加完整,同时保留细节的能力更强。提出的模型提升了水体提取的精度和泛化能力,为高分辨率遥感影像水体提取提供了参考。

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。

1976—2020年黄河入海口滩区水体演变过程及淹没风险识别

黄河流域生态保护和高质量发展已成为国家战略,对黄河入海口滩区水体范围进行动态监测研究,避免水体演变所衍生出的潜在淹没风险具有重要意义。通过获取长时序丰水期Landsat系列遥感卫星影像数据集,采用基于决策树的多指数陆表水体提取方法,获取黄河入海口滩区1976—2020年10个研究时点的最大水体范围,并通过叠加分析计算各个区域历史淹没频次,进而识别城镇村庄居民点和采矿用地淹没风险。研究结果表明,10个研究时点中被淹没5次以上的区域为463.7 km 2,以2015年共631个城镇村庄居民点和采矿用地为例,低淹没风险413个,中淹没风险52个,高淹没风险20个。黄河入海口滩区城镇村庄居民点等建设用地应明确迁建需求,科学迁建选址,完善基础设施。