国产高分系列遥感影像水体提取方法研究

论文摘要

水体作为地球表面的重要地物之一,对社会和经济的发展有着至关重要的作用。因此,利用国产高分系列卫星影像及时掌握和获取水体信息已成为当前国产高分系列卫星的应用研究热点之一。目前,现有文献在水体提取方面的研究主要针对国外中、高分辨率影像开展的,且大多研究方法针对特定影像和特定区域,提取方法并不具有普适性。随着国产高分系列遥感卫星的陆续发射,针对国产高分系列卫星影像水体信息提取方面的系统性研究相对滞后,主要原因在于:（1）部分国产高分系列卫星成像物理模型不太完善,成像波段较少,光谱信息不足;（2）多光谱影像中缺少水体建模中常用的中红外波段,水体信息提取时易受到地物阴影及暗色地物等因素的干扰。针对以上问题,本文选用了国产GF-1、GF-2、GF-4影像数据分别采用阈值法和分类器两种方法对选取的两个不同研究区的水体信息进行了提取试验,并对提取结果进行了分析比较;针对GF-2号影像,本文提出了一种增强阴影水体指数（Enhanced Shadow Water Index,ESWI）模型,并将该模型与单波段阈值法结合构建了一种决策树法。该方法能够有效区分阴影与水体信息,提高水体提取精度;最后针对GF-2影像阈值法中阈值的选取对不同区域水体的提取精度和稳定性影响进行了分析比较。论文研究的主要结论如下:（1）采用阈值法提取水体快捷、简单。但不同的阈值法、不同区域和不同分辨率的影像等因素都会导致水体提取阈值和提取结果存在差异,且同一种提取方法在不同研究区中的效果不同。分类器法则需要耗费一定的处理时间,过程相对复杂。（2）不同分辨率影像的提取效果不同,并非高空间分辨率的影像所呈现出的水体信息效果就越好。高空间分辨率的影像相较于低空间分辨率的影像噪声更多,背景地物的细节将会被放大,影像上山体、建筑物的阴影遮挡效应表现的更加明显,对水体信息的提取产生一定的干扰。实际应用中应根据水体提取的不同用途来选择不同的提取方法和不同分辨率的影像。（3）针对GF-2影像提出了增强阴影水体指数（ESWI）模型,并将该模型与单波段阈值法结合构建了一种决策树法。实验表明,该方法能够有效区分阴影和水体信息,并且一定程度上能够识别被阴影遮挡区域的水体信息。相较于复杂地形区域水体,该方法更适用于地物单一、水体面积较大地区。（4）不同水体提取模型阈值的选取对水体提取精度和稳定性的影响不同。GF-2影像中复杂地形区域中的水体精度稳定性由高到低依次为NIR、NDWI、MSWI、NDVI、SWI,即上述模型各自阈值发生相同幅度的变化时,精度变化受影响最低的为NIR法,受阈值影响变化较大的为SWI法。在地物单一、水体面积较大区域中稳定性由高到低依次为NIR、MSWI、NDWI、SWI、NDVI。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 阈值法
•     1.2.2 分类器法
•   1.3 研究内容与技术路线
• 2 数据及预处理
•   2.1 试验数据
•   2.2 数据预处理
• 3 水体影像特征及提取方法
•   3.1 水体影像的基本特征
•   3.2 水体及典型地物光谱特征分析
•   3.3 水体提取方法
•     3.3.1 常用水体提取方法
•     3.3.2 本文水体提取方法（ESWI法）
• 4 实验及结果分析
•   4.1 GF-1 号影像水体提取实验
•     4.1.1 水体信息提取结果
•     4.1.2 结果分析
•   4.2 GF-2 号影像水体提取实验
•     4.2.1 水体信息提取结果
•     4.2.2 不同指数模型水体提取精度及稳定性分析
•     4.2.3 结果分析
•   4.3 GF-4 号影像水体提取实验
•     4.3.1 水体信息提取结果
•     4.3.2 结果分析
• 5 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘双童

导师: 王明孝,杨树文

关键词: 高分系列卫星,水体信息,阈值法,分类器法,决策树法

来源: 兰州交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 地球物理学,工业通用技术及设备,自动化技术

单位: 兰州交通大学

分类号: TP751;P332

DOI: 10.27205/d.cnki.gltec.2019.000550

总页数: 59

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