基于GF-2号遥感影像的微小水体提取研究

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水体是必不可少的自然资源,准确提取水体信息成为维持生态环境稳定、促进社会经济发展的重要一环。我国幅员辽阔,流域众多,但受地形地势等因素的影响流域面积及流域中水体的特点不尽相同。传统水体提取方法主要依靠人工进行外业实测获得,但是该方法费时费力,经济效益低,不具有谱适性。随着遥感技术的日益成熟,遥感影像分辨率得到了较大提升,学者们提出了不同种基于遥感技术的水体提取模型,尽管实验证明大多数方法取得了较为理想的水体信息提取效果,但因遥感影像分辨率、水体地理位置特征等方面具有差异性,同一方法不可能适合所有情况,因此需根据研究区域的特点、遥感影像的特征等多方面因素进行综合研究探讨。本文选择位于黄土高原沟壑区的岔口流域作为研究区,流域内水体呈微小状,以国产高分系列GF-2号卫星遥感影像作为数据源,通过应用几种常用的水体信息提取方法和本文改进的比值阴影水体指数模型(RSWI)进行流域微小水体的提取,对提取效果进行对比分析和精度验证,基于岔口流域国产GF-1号卫星遥感影像对RSWI水体指数模型进行了有效性验证,并通过实地调研进行了检验,最后选取出提取流域微小水体效果最佳的方法,旨在以遥感影像为基础数据研究出一种普遍适用,提取精度高并且省时的微小水体信息提取模型,为流域水体动态监测和水土流失的防范提供技术支持和基础数据。本文通过实验得出以下结果及结论:(1)基于GF-2号高分辨率卫星遥感影像,选择位于黄土丘陵沟壑区的岔口流域的两个区域作为微小水体提取实验区,选择单波段法、多波段谱间关系法、NDWI水体指数法、SWI水体指数法、SWI决策树法、支持向量机法(SVM)、RSWI水体指数7种法分别对两区域水体进行了提取,采用目视解译、定性评价、定量评价3种方法进行了提取结果的解译与精度评价,最终得出7种方法都能将水体提取,且多波段谱间关系法、ND WI水体指数法、SWI决策树法、SVM法、RSWI法提取效果更准确,其中RSWI对背景信息的抑制效果更好,其总体分类精度达到90%以上,kappa系数达到了0.80以上。即R SWI水体指数法对于岔口流域GF-2号遥感影像中微小水体的提取达到了较理想的效果。(2)基于GF-1号高分辨率卫星遥感影像,选择位于黄土丘陵沟壑区的岔口流域的两个区域进行RSWI方法的有效性验证,选用定性与定量方式进行了水体提取结果的精度评价,得出RSWI水体指数法可以充分提取GF-1号影像中的微小水体信息,总体分类精度达90%以上;最后并采用实地调研的方式对提取效果进行了验证,提取结果与实际相符。说明RSWI水体指数法切实有效,可以基于高分辨率卫星遥感影像应用于流域微小水体的提取中,可为流域水体动态监测和水土流失的防范提供技术支持和基础数据。(3)通过对GF-2号和GF-1号遥感影像中同一区域RSWI水体提取结果精度对比分析,得到由于GF-2号遥感影像空间分辨率优于GF-1号遥感影像,地物光谱、纹理信息更加清晰,因此基于GF-2号遥感影像的流域微小水体提取精度更高,即在研究区相同的情况下随着遥感影像空间分辨率的提高,RSWI水体提取模型的提取效果也越来越好。
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