[發明專利]基于衛星光譜的水體信息估算方法

在審

• 申請號: 202110327269.0
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113140000A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 陳小鵬;李曉潔
• 申請（專利權）人: 中國科學院東北地理與農業生態研究所
• 主分類號: G06T7/62
• 分類號: G06T7/62
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 何強

基于衛星光譜的水體信息估算方法，它涉及涉及遙感圖像處理及水體信息估算方法。為了快速獲得水體，特別是內陸湖泊的面積、深度信息，本發明提供了一種基于衛星光譜的水體信息估算方法。估算方法：一、對研究區的光譜衛星影像進行預處理，然后進行云量篩選；二、進行水體指數計算；三、確定水體識別的判別條件；四、根據衛星像元大小計算水體面積；五、利用水體像元，進行水深反演；六、依據實測的水深結果，對步驟五的公式進行擬合，得到系數a₀…a_n的數值；七、將a₀…a_n數值帶入步驟五公式計算出水深。本發明方法與傳統方法比較具有計算速度快、可獲取大面積、長時間序列的水體信息估算結果，節約大量的人力物力。

技術領域

本發明涉及遙感圖像處理及水體信息估算方法。

背景技術

水資源雖然是可再生利用資源，但自然界中絕大多數的水不能直接飲用或使用，水資源的合理利用仍然是一個重要課題。在農業發展中，水資源是一切農作物生長所依賴的基礎物質。如果可供應的水量小于需要的水量，可能會導致農作物減產甚至死亡。當然，如果水量過多也可能導致洪澇、土地鹽堿化等消極作用，從而影響農業生產。

水體信息的指標包括，水體面積和水深。水體面積是以水體與陸地的交界線為邊界，由水體表面構成的多邊形的面積。JRC數據集是目前較為常用的水體數據集，該數據集包含1984～2019年30米分辨率每月的永久性和季節性水體。但是JRC數據集使用的是Landsat大氣頂層反射率數據，并未進行大氣校正，存在一定的誤差，同時大量使用輔助地圖和數據產品，雖然在一定程度上減少了錯分誤差，但是使得該輔助地圖和數據產品帶來的不確定性增大。水深是水文研究和水生環境變化監測過程中極其重要的參數，其主要測量方式為聲納(Chen等,2019)。20世紀20年代以來，一種基于聲納的水深測量方法被應用在沿海的深海測量中。目前，大多數船只也在采用這種方法，其優勢主要體現在高精度和全覆蓋。但是，該方法高成本和低效率的缺點在一定程度上影響著其在大尺度范圍內展開實踐性應用(Lu等,2019)。隨著遙感技術的發展，研究人員漸漸將遙感技術應用在水深測量中，在淺水區域的應用較為廣泛，也在一定程度上彌補了聲納測量的不足(Lyzenga,1978)。遙感水深反演一般是指水深測量中采用遙感數據進行水深估算的方法。目前，被動遙感主要是通過接收物體輻射反射信息來研究目標物的特性(Yang Nan等,2019)。Hengel andSpitzer(1991)利用TM影像通過對數和主成分分析的方法測量了荷蘭海岸的水深。Sandidge and Holyer(1998)分析了水深數據和高光譜(可見光或近紅外)影像之間的輻射相關性，同時建立后向神經網絡模型反演佛羅里達州Tample Bay的水深。Xu and Zhang(2006)通過單波段法、雙波段比值法和多波段法三種線性回歸方法反演了長江北岸的水深。Wang等(2016)通過后向神經網絡和海底反照率利用Landsat8 OLI影像獨立的反演黃河河口的水深。大部分學者重點研究了海岸水深的反演以及反演模型的優化，并不適合內陸湖泊水深的反演研究。

發明內容

為了快速獲得水體，特別是內陸湖泊的面積、深度信息，本發明提供了一種基于衛星光譜的水體信息估算方法。

基于衛星光譜的水體信息估算方法：

一、對研究區的光譜衛星影像進行預處理，然后進行云量篩選；

二、進行水體指數計算；

三、水體識別的判別條件為MNDWIEVI或者MNDWINDVI，且EVI0.1；

四、根據水體判別條件識別水體像元，統計研究區中水體像元，再根據衛星像元大小計算水體面積；

五、利用水體像元，進行水深反演，水深公式為