基于TM影像的平原湖泊水体信息提取的研究

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1、万方数据遥感信息一感应用基于TM影像的平原湖泊水体信息提取的研究杨莹①～，阮仁宗①(①河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京210098I②河海大学水文水资源学院地理信息科学系，南京210098)摘要：以洪泽湖LandsatTM影像为例，分析了利用单波段阈值法和多波段增强图阈值法进行水体信患提取的差异，从而确定出不同时期不同用途所采用的最佳水体综合提取方法，即综合利用多波段谱间关系(TM2+TM3>TM4+TM5)和单波段TM5建立起适合于平原湖泊水域的水体提取方法。关键词：TM；洪泽湖；单波段，水体提取d

2、oi：10．3969／j．issn．1000--3177．2010．03．013中图分类号：TP79文献标识码：A文章编号：1000—3177(2010)109一0060—051引言地球表面74％的水体无论作为一种资源，还是作为一个环境因子，或是洪涝灾害的源头，都受到了人们格外的重视，成为遥感研究的重要分支之一。针对不同的地貌特点及水文条件，人们提出了各种各样的方法对水体进行提取。曹凯等基于SPOT一5图像对城市水体的提取建立了一种自动提取模型，去除了大量地形阴影和建筑物阴影[13；钟春棋等利用TM影像中不同地物(TM2

3、+TM3)／(TM4+TM5)的比值差异研究了湿地水体信息的提取方法[幻；张饧等通过苏北废黄河三角洲海岸地区的三景Landsat卫星影像，选取岸线指标与波段，提取海岸水线信息[33；陈华芳等以香格里拉县部分地区为例，利用ETM影像对山地高原地区的水体信息提取的几种方法进行了比较[43；王志辉等基于中低分辨率的MODIS影像结合具体实例(洞庭湖水域)进行大面积的水体遥感提取，可以很好地提取出其中相关信息Es]。纵观近几十年利用遥感影像提取水体信息，前人做了不少研究，其方法大致分为两类：单波段阈值法和多波段增强图阈值法[6]

4、。单波段阈值法就是利用水体在单个波段上特殊的(高于或低于其他地物)光谱值，设定一阈值提取出水体信息，但是水体与陆地之间的过渡区域往往被忽略。多波段增强图阈值法利用水体在不同波段上的光谱特性，通过多波段之间的组合运算来增强影像中的水体信息，从而易于从其他地物中分离提取出水体。然而这种方法也有一定的地域局限性，由于部分细小水体在影像中以混合像元的形态存在，所以阈值比较难取。阈值高了会丢失或漏提那些细小水体信息，阈值低了会误提不少其他的地物信息。本文针对典型内陆平原淡水湖泊——洪泽湖水体信息进行了提取实验，综合利用单波段TM5

5、和多波段组合，得出了适合于TM遥感影像获取大面积湖泊水体信息的有效方法。2研究区水系概况及其数据洪泽湖是我国第四大淡水湖，在江苏省西部淮河下游，位于淮安、宿迁两市境内。洪泽湖发育在淮河中游的冲积平原上，故湖底浅平，岸坡低缓，是一个浅水型湖泊。湖水的来源，除大气降水外，主要靠河流来水。流注洪泽湖的河流集中在湖的西部，有淮河、濉河、汴河和安河等。出湖河道中三河和苏北灌溉总渠是洪泽湖分泄人长江和人海的主要河道。此次实验区覆盖整个洪泽湖区，以及湖东的洪泽县和湖西的泗洪县。实验数据(图1)采用已经进行过几何校正的2003年2月5日

6、的TM影像(截图)，景号为120—37，影像包含有7个波段的数据。收稿日期：2009一07—27修订日期：2009～09一08基金项目：江苏省自然科学基金支持(编号BK2008360)。作者简介：杨莹(1986～)，女，河南省信阳市人，硕士在读，主要从事遥感与GIS应用研究。E-mall：yylt’r@hhu．edu．all60万方数据■感应用遥感信息图1研究区TM影像3水体信息的提取方法3．1水体的影像特征分析对于水体来说，水的光谱特征主要是由水本身的物质组成决定的，同时又受到各种水态的影响。水体对入射的太阳光能量具有

7、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[2]。在红外波段，水体吸收的能量高于可见光波段，所以水体在近红外、中红外及短波红外部分几乎吸收全部的的入射能量，因此，水体在这些波段的反射能量很少[7]。而植被、土壤在这些波段内的吸收能量较小，且有较高的反射特性，这使得水体与它们有明显的区别。TM中第5和第7波段属于中红外和短波红外，但是第5波段提供的光谱信息相对比较丰富。本试验区的水体主要包括洪泽湖水和一些小型的水库、水塘等小块水域，以及人湖和出湖的线性河道。

8、泗洪洪泽湖湿地自然保护区位于洪泽湖西边，可分为沼泽湿地、河流草丛湿地和湖边水生植物湿地。2月份的时候洪泽湖属于枯水期，水位急剧下降，泥滩、沼泽范围向湖心扩大。这时草丛水生植物已经枯掉了，另一方面由于春夏大面积养殖虾蟹的残留物，所以水体中有机物含量比较高。这些因素都会影响水体的光谱反射率，因此我们在对水体光谱特征进行分