基于GF-2号影像的喀斯特地区水体提取方法研究 ——以贵州省为例

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水体的提取研究,一直是科学研究的重点,特别是随着遥感技术的发展,人们越来越倾向于使用遥感影像来提取水体,然而,水体地提取容易受各种因素的影响,而使其提取的精度受限。为了进一步提高水体提取的精度,众多学者们针对各种影响因素提出了许多解决方法,以消除水体提取过程的干扰因子。而大多数方法所针对的,都是水体提取过程中存在的单一方面干扰因子,但是阴影、云雾、裸土、风化岩石、暗色建筑体、洪水、坑塘水面等都会对水体提取的精度存在不同的影响,而目前针对水体的提取中,综合考虑到多种干扰因素影响的方法还鲜有研究。特别是在喀斯特地区,其复杂的地形地貌中,存在的影响因素更加的复杂多样,水体提取的相关研究更寥若晨星。因此,本文以喀斯特地区作为研究区,利用GF-2号影像作为研究数据,综合考虑水体提取中存在的多种干扰因素,进行水体的提取研究。本文主要研究内容和结论如下:水体存在的形式是多种多样的,不同水体的各波段光谱存在着差异,要全面而精地的提取水体,就得解决不同水体之间存在的差异与共性。文章通过分析GF-2影像水体的波段光谱规律,提出两种水体提取的方法,光谱阈值分析法与超绿水体指数法(UGWI)。利用两种方法对喀斯特的重度石漠化、轻度石漠化、无石漠化、非喀斯特四种地区进行水体提取,并将其结果与常用的三种水体提取方法对比分析。(1)光谱阈值分析法分两步,第一步是构建水体各波段的光谱值域范围,由于不同水体在相同波段内的光谱响应函数类似,通过求取各波段中水体阈值之内的地物信息,即可剔除每个波段水体阈值之外的其他地物,再取不同波段提取结果的交集,得到的水体光谱阈值结果中,包含着各波段中的水体,同时也剔除了各波段水体阈值之外的非水体。第二步,构建水体各波段间的光谱空间比值散点,并做水体散点的拟合线,根据点到线的公式和水体的点线阈值,即可求得水体拟合线周边的地物信息。对各波段比值中求得的结果做交集,得到的水体光谱比值结果中,包含了不同波段光谱比值中水体拟合线周围的水体,同时剔除了水体拟合线之外的非水体地物信息。将两个步骤分别求得的水体光谱阈值与水体光谱比值做交集,得到的光谱阈值分析结果中,结合了两步操作过程中提取的水体,同时剔除了两步操作过程中的非水体。该方法采取了步步求精的方式求取水体,能够多方面地考虑到不同水体之间的共性,同时剔除对水体干扰性大的非水体。(2)超绿水体指数法(UGWI)是根据GF-2号影像中,不同水体其波段的光谱反射存在一个共性,即绿波段与其他三个波段的光谱值关系,满足绿波段光谱值的三倍,大于其他三个波段光谱值之和。又根据均值不等式,予以扩大两者之间的差距,再对公式进行归一化处理,即得到超绿水体指数。由于不同水体都满足此方程特点,也是水体所独有的特征,因此能够较为全面的提取到不同类型的水体,同时滤除其他地物。(3)通过本文提出的两种方法,对贵州省喀斯特的重度石漠化、轻度石漠化、无石漠化,以及非喀斯特四种地区进行水体提取研究,并与单波段阈值法、单波段与阴影水体指数法、以及归一化水体指数(NDWI)水体提取结果进行对比,结果表明,本文提出的两种方法,能够有效剔除喀斯特山区的阴影、云雾、石漠化岩石等多方面因素的干扰,较为全面的提取到坑塘水面、洪水水体、以及阴影下水体,在重度石漠化、轻度石漠化、无石漠化、非喀斯特四种区域,提取精度都高于其他几种对比方法。为贵州省喀斯特山区的水体提取提供了新的方法与技术支撑。
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