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摘要：在越来越重视可持续发展与环境保护治理的今天，水资源作为一项与人类生产、生活活动密不可分的重大资源，同时也是生态环境状况的有效评价因子，如何有效的对其进行监测与保护，需要人类更多的关注。卫星遥感技术所具有的宏观性、现势性等优点，使遥感监测水资源成为一项重要的、有效的技术方法。然而在目前方法中，常用的单一指数模型优缺点各异，不能真正有效的提取水体。其原因是水体所在的地物背景复杂，单一的指数模型不能适用所有的地形以及地物所构建的复杂空间信息中的水体提取。如何建立更加有效的、适用性更广的水体信息提取模型，正是本文所研究的内容。
本文以湖泊较多、地形复杂、水体类型丰富的云南省昆明市官渡区为研究区，以陆地资源卫星ETM+传感器获取的影像为数据源，在对水体的波谱特性、水体在影像上的信息反映、水体指数方法原理深入分析的基础之上，总结每个指数模型的优缺点。最后，用目视解译与数理统计的方法对新模型的精度进行了验证，并用其他效果较好的提取方法对其评价，得出如下主要成果：
关键词：遥感；水体信息提取；指数模型研究
Research on water information extraction model based on remote sensing technology
Abstract：Today，we are attaching more and more importance to sustainable development and environmental protection.Water resources as a major resources are inseparable from human production and living activities，but also effective evaluation of factors of the ecological environment，how to effectively monitor and protect them，the need for more human attention.Satellite remote sensing technology which are macro and potential become an important and effective technical methods to monitor water resources.However，in the current method，the commonly used single index model has different advantages and disadvantages and can not really extract water.The reason is that the background of the water body is complex，and the single exponential model can not apply all the water extraction in the complex spatial information constructed by the all terrain and features.How to establish a more effective and more applicable water body information extraction model，it is the content of this paper.
In this paper，the images obtained from the landsat7 ETM + sensor are used as the data source in the study area of Guandu District，Kunming，Yunnan Province，which is rich in lake，complicated terrain and abundant water type.Based on the analysis of the spectral characteristics of water bodies，the information of water bodies on the image，and the principle of water body index method，the advantages and disadvantages of each index model are summarized and a new model is put forward.Finally，the accuracy of the new model is verified by visual interpretation and mathematical statistics，and the results are compared with other methods with better results.The main results are as follows：
Keywords：remote sensing，water body information extraction，exponential model study
1 研究目的及意义
地表覆盖着74%的水体，无论是以资源的形式存在，还是作为一个环境因子，都受到人类的格外重视。随着经济社会的发展，生态环境的问题也越加明显的出现在人类的面前，尤其是水资源的治理与保护，如何建立行之有效的方法，科学、准确、快速地对水资源环境进行监测与评价，适时掌握水资源环境的变化信息，进而采取相应的对策，己成为对水资源的有效利用、合理规划及保护的关键问题。
遥感技术具有观测范围广、数据实时更新快、总体性价高、经济与社会效益高等特点，逐渐走入人们的日常生活，且在资源环境的监测等技术生产中的作用不可忽视。利用遥感影像来进行水体提取，进而对水资源进行调查和监测，其研究开展较早，已有广泛的研究以及丰富的研究成果。
在对水体信息进行提取时，目前常用的遥感数据为Landsat TM/ETM+影像，山体阴影则是影响水体信息提取精度的主要因子。因为山体阴影与水体波谱曲线相似，即他们的反射率特征相似，利用单一的提取方法不能有效的区分阴影与水体，进而影响水体信息的提取精度。因此，把山体覆盖中的易与水体信息混淆的阴影部分放到优先考虑的位置，探索出一种更加科学、有效的水体提取方法，以适用不同地形、地物所构建的复杂的地理空间中的不同状态的水体信息提取，对遥感研究技术手段的提高和现实的生态环境监测与保护都有非常重大的意义。
2 基于遥感技术的现有常用水体信息提取模型的研究
在了解了各种主要地物的光谱特征之后，我们对于如何利用遥感技术对目标地物进行观测也有了更深刻的认识。接下来的任务就是如何区分目标地物与其他地物，最根本的是把目标地物从易混淆地物中提取出来。先来横向对比分析一下水体与其他典型地物的光谱特征，如图1所示：
图1几种典型地物光谱特征
从上一章对水体的光谱特征分析与现在几种典型地物的光谱特征对比可知，水体在近红外-短波红外部分吸收作用很强，因此在这两个波段的反射率很低。这一特征与指被和土壤光谱形成鲜明的对比，因而在红外波段提取水体信息是合适的。针对水体进行信息提取的方法有很多，在第一章已有论述，接下来我们主要分析与对比现有常用水体信息提取指数模型的构建原理及应用效果。
3指数模型
由于地物反射率受到地形、阴影、太阳高度角、气候的影响，同一地物的亮度值会因这些外部环境的变化而发生相应的变化。通过对图像波段进行比值的运算，可以一定程度减小这些外部条件的影响，进而获取比较真实的地物反射率。因为波段之间的比值运算可以比任何单波段突出影像中更有效的信息，这对于难以区分的阴影和水体相当有用。
比值运算就是将一幅遥感影像的不同波段直接做商运算，以减轻地形起伏的影响作用。同一地物反射强度会随着光照、地形等条件的变化而变化，在影像上就是灰度值变化，但是如果做了比值运算，其值不随地形等外部条件的变化而变化。
指数模型的基本原理就是研究目标地物的波谱特征，找出最强反射波段和最弱反射波段做商运算，把强波段置于分子，弱波段置于分母。通过比值运算，以几何级数进一步扩大二者的差距，可以使目标地物在影像上的信息最大化而有效抑制其他背景信息。
比值运算需要对每个波段都完成大气辐射校正，再用其中一个波段的光谱辐射与另一个波段的光谱辐射做比值处理。第i波段和第j波段的光谱比值可表达为下式：
4 总结
NDVI提取水体信息在有建筑物的背景下有较多噪声，却在山间河流的提取中表现良好；NDWI提取镇区的水体相对较好，但精度并不是很高；MNDWI能反映水体的状态变化，提取镇区的水体精度也有所提高，但是对于山体阴影的区分还不理想。
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论文作者:罗学彬,赵登文,杜家刚,冉立谋
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/4
标签：水体论文; 地物论文; 遥感论文; 波段论文; 信息论文; 方法论文; 比值论文; 《基层建设》2017年第25期论文;