湖泊水域动态变化遥感监测研究（寒旱所-王海波）.ppt

湖泊水域动态变化遥感监测研究 1、研究背景与意义 1.1 湖泊动态变化研究背景与意义 全球变化与可持续发展研究是当今地学研究的两大主题，湖泊萎缩是人类目前面临的主要环境问题之一。在区域生态系统中，湖泊具有重要的生态意义。湖泊作为区域陆地水循环中的一个重要载体，对区域的水量平衡发挥重要作用。湖泊水量平衡分析计算是湖泊水文研究的基础，它为湖泊水资源开发利用、湖泊及流域的生态平衡稳定提供重要依据。因此，研究湖泊水域动态变化，及时掌握区域水量平衡状况，为区域水资源可持续利用提供依据。 目前，全世界800多万个大于1公顷的湖泊，4万个高于15米的堤坝和80多万个小的堤坝以及上万平方公里的湿地。基于这些土地覆盖类型在水体存储、地下水分配、水质控制、调节气候和生态群落结构、生物多样性和野生动物保护等领域的作用，湖泊、水库和湿地是水文和水体的生物地球化学循环的必要组成部分，同时对生态、经济和人文等诸多方面产生影响。然而，由于气候变化和人类活动的影响，加剧了野生动物灭绝和湿地退化的发生。因此，对内陆水体的分布和变化等信息的科学调查工作将显得更加重要。 1、研究背景与意义 1.2 遥感技术监测湖泊动态变化的优越性 遥感技术的诞生，使得人类对地球表层的理解推进到一个新的阶段，同时也给大范围的湖泊水域动态变化监测和相关参数的反演研究带来了便利。遥感技术能够大范围、及时快速地监测地表环境的动态变化，与传统的湖泊调查方法相比有着明显的优势，它能利用多种手段快速获得大量的地表变化信息，成为湖泊研究强有力的技术手段。 2、湖泊水体识别基本原理与方法 2.1 湖泊水体识别的基本原理 湖泊动态变化监测的主要任务是监测湖泊水域是否发生变化及其变化的具体状况，它包括对湖泊信息的识别与提取和对湖泊动态变化信息的检测两方面内容。 在可见光和近红外波段内，水体识别主要基于水体、植被、土壤等地物的光谱反射差异。水对近红外和中红外波长的能量吸收最多，该波段内的能量很少被反射，而植被和土壤对可见光波段反射极少，但对近红外反射却很高。因此，用遥感数据中的近红外和可见光波段可以方便地解决地表水域定位和边界确定等问题。 微波遥感对水体鉴别也有很高的灵敏度陆地的地表覆盖和起伏的地形，使入射微波产生较强的后向散射，被雷达天线接收，形成较明亮的影像；而水体强烈吸收微波，形成暗黑色的影像，故水陆界限分明，可以清晰地得到水面覆盖信息。地物后向散射特性的差异是主动微波遥感观测水体的基本原理。 2、湖泊水体识别基本原理与方法 2.2 湖泊水体识别的主要数据源 从遥感利用波段来看，湖泊动态监测的数据源可分为可见光和微波遥感数据。 常用的可见光卫星传感器有NOAA-AVHRR，SPOT VGT，MODIS，LandSat TM和ETM+等。 此外，一些主动微波传感器如ERS-1、ERS-2和JERS-1及Radarsat也是湖泊水域监测的重要数据源。 2.3 湖泊水体识别的基本方法 （1）单波段阈值法 单波段阈值法基本原理是利用水体在近红外波段反射率较低，易与其它地物区分的特点，选取单一的红外波段，确定一个区分水体与其它地物的分类阈值。 （2）谱间关系法 谱间关系法又叫波段组合法。对波段进行组合运算的目的是为了增强水陆反差，从而找出组合图像上水陆分界非常明显的影像。谱间关系法模型精度高、应用广，它可以解决阈值法无法得到理想的解译效果的问题，是水体信息提取较为理想的方法。 （3）多光谱波段运算法 多光谱波段运算法是在对目标及其周围典型地物进行分析的基础上，确定它们在各波段上光谱亮度值的异同，通过对各波段进行算术运算，找出水体提取满足的关系，从而构建水体提取模型的一种方法。进行各波段间可以减小地形及山体阴影等环境因素的影响，从而使解译者能准确提取水体。常见的有比值法、差值法、水体指数法等。最常用水体提取指数为归一化水体指数NDWI 。 （4） 色度判别法 为了提高对水体识别的效果，Alfoldi等人于1978年提出了色度判读法，后经多人研究，得到了进一步的完善和发展。其基本原理是利用卫星资料、红和红外波段的综合信息来求得绿色系数和红色系数，从而确定水体位置。色度判别法可以改善部分小水体的识别效果，然而对于更小的水体，特别是那些众多的接近或小于像元面积的水体，还是无法识别。 （5） 彩色空间转化法 由于遥感影像分辨率的限制，地物在影像上常以混合像元存在。对于一些细小水体或分类精度要求较高时，其他提取方法都有一定的局限性。对此，可通过彩色空间转化，转换到HIS空间(HIS变换)，实现3个分量的重新分配，再返回到RGB空间(RGB变换)达到理想的彩色合成效果，有利于提高监督分类的精度。 3、湖泊动态变化遥感监测方法 湖泊