洪涝灾害遥感监测方法

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遥感洪涝灾害应用
2021年6月24日
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地球资源与信息学院测绘07-1
基于Landsat TM影像的洪灾害监测
特点
高空间分辨率多波段的 TM像包了富地面水分状况和 植被长势信息，其1、2波段对 水体有一定的穿透性，有助于 探测水层深浅和划分混的洪水 与清澈的自然水体；而位于红 外的第5、7波段，反映水体和 水陆边界特别敏锐，因此TM 对洪水灾情的监测和分析特别 有效。
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NOAA图像
E0S/M0DIS卫星具有波段多(36个)，空 间分辨率适中(有2个波段是250m，5个 是500m，其余29个波段是1000m)，时 间分辨率高(在双星运行时可达0.5d)， 扫描宽度大(2230km)并且可免费接受等 突出特点，广泛应用于大范围洪水实 时动态监测。
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我国2008年5月27日成功发射的风云三号A星(FY3A)极轨气象卫星携带的中分辨率成像光谱仪 (MERSI)的5个250m分辨率通道，该星装载有11台 高性能的有效载荷探测仪器，可实现全球、全天候 、多光谱、三维、定量遥感功能，在洪水监测中将 发挥更大的作用。
同时满足 CH1<A1，CH2<A2，NDVI<N N为相应阈值
第三，水体指数法
（1）归一化差异水体指数 NDWI=(Green-NIR)/(Green+NIR) 对于MODSI通道，NDWI定义如下:
NDWI=(CH4-CH2)/(CH4+CH2)
（2）改进的归一化差异水体指数模型 MNDWI=(Green-MIR)/(Green+MIR)
二、洪涝灾害遥感检测原理
遥感的特点
•1、大面积同步观测 •2、时效性强、动态监测 •3、数据的综合性与可比
性好 •4、较高的经济与社会效
益
目前用于洪水监测的遥感资料主要： 美国的陆地资源卫星Landsat TM 与ETM +、美国的极轨气象业 务卫星NOAA／AVHRR资料、美国的对地观测系统卫星EOS／ MODIS 法国的资源卫星SPOT、 中国的极轨气象卫星FY-1、FY-2， 加拿大的雷达卫星Radarsat SAR等，在实际应用中也各有特点
CH7
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原理
水体光谱特征：
CH3小于图像平均值为洪水期，反之为非洪水期； CH1相对减小，CH2相对增加，有向陆地逐渐过渡的趋势，往
往该部分水体被陆地包围或覆盖在陆地上。
水体空间特征：
水体相对陆地或云层等呈现较为均一的图斑，无明显纹理特征； 水体图斑边界相对云层较稳定，河流的现状特征（湖泊、海洋 的面状特征）较明显。 气象卫星高时间分辨率、成像范围大等特征使其成为大范围洪 涝动态监测的重要手段。
灾害问题已经严重地威胁着人民的生命财产安 全，阻碍了社会经济可持续发展。
于是如何准确预报灾害来临，实时监控灾情发 展，为灾害的防控提供强有力的支持，成为亟待解 决的重大问题。
一、洪涝灾害简介
洪涝灾害： 指因气象原因使
水位异常升高冲 破堤岸，淹没田 地、房屋淹死人 畜并引发疾病等 自然灾害现象。
2021年6月24日
洪涝灾害遥感监测方法
自然地理 李彬波 2014年5月12日
洪涝灾害遥感监测方法
大纲： 一、洪涝灾害简介 二、洪涝灾害遥感检测原理 三、洪水监测的遥感技术对比 四、水体遥感监测模型的建立
前言
我国是一个自然灾害种类繁多、发生频繁、危 害严重的国家。特别是近年来由于生态环境一度恶 化，灾害问题愈演愈烈。
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但这些遥感资料的时间分辨率 都较低(Landsat为16d，SPOT 为26d)，扫描宽度较小(TM和 ETM +为185km，SPOT为 60km)，且数据非免费接收、 时效性差，较难获得大范围的 同步监测资料。
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合成孔径雷达(SAR)具有全天时和全 天候对地观测优势，空间分辨率高， 可达到10m，甚至3m，所以星载SAR 技术受到空问遥感界的高度重视 。
Landsat-5数据波段
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三、水体遥感监测模型的建立
水体遥感监测模型(以MODIS为例介绍)
第一，单波段法 主要选取遥感影像中的近红外波段(如MODIS
CH1、CH5、CH6)并辅以阈值来提取水体。 特点： 该方法简单易行，但存在较多的混淆信息，识别精
度低
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第二，多波段法 （1）多波段组合 CH6-2-1，CH7-2-1
电磁波信号是遥感研究的对象，区分电磁波特性的主要因 子之一是波长（频率），遥感就是根据不同地物他们发射、 辐射或反射的电磁波特性不同来对其加以区分的。
100% 大气 透过率
0%
0.3 μm
1.0 μm
紫外 近红外
3.0 μm
10.0 μm
热红外
可见
中红外
二、洪涝灾害遥感检测原理
各类地物由于具有不同的物质结构和组成成份而 具有不同的电磁波特征，且具有三个主要辐射特性 ：
MODIS： MNDWI=(CH4-CH6)/(CH4+CH6)
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（3）混合水体指数模型CIWI
CIWI主要由MODIS的第七波段和NDVI的组合模型，有效解
决了水体、植被和城镇等信息的分离。
CIW I=NDVI+NIR+C
其中， c为常数
NDV CI2 H C1 H CNIRCH7C
C2 H C1 H
1.地物的总辐射水平的高低是地物的第一重要的遥感特征； 2 .可见光和红外的辐射平衡关系是地物第二重要的遥感特性，
即光谱曲线整体趋势； 3.辐射随波段变化的方向和强度，是地物的第三个重要遥感
特性。
二、洪涝灾害遥感检测原理
(1)天然水体对0. 4-2. 5μm电磁波吸收明显高于绝大多数其它地物。 (2)在可见光波段，水体的反射率随泥沙含量的增强而增强，但反
（2）差值模型 差值植被指数:DVI=CH2-CH1，同时满足以下条件
CH1<AI，CH2<AZ，DVI<A3 A1、A2、A3为反照率阈值
（3）比值模型 比值植被指数:RVI=CH2/CH1*100，同时满足
CH1<A1，CH2<A2，RV1<N N为相应阈值。
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（4）归一化植被指数模型 归一化植被指数:NDVI=(CH2-CH1)/(CH2+CH1)x100
一洪涝灾害简介2014年5月13日地球资源与信息学院测绘0714我国地处东亚季风气候明显年际间季风的不稳定性造成降水时空分布不均使得我国成为世界上自然灾害种类最多活动最频繁危害最严重的国家之一一洪涝灾害简介5一洪涝灾害简介6据国家民政部门统计近十年来我国大陆平均每年因洪涝灾害造成的粮食损失约200亿公斤经济损失近2000亿元约占国经济损失近000亿元约占国民经济生产总值的36
a、气像卫星和中分辨率卫星用于宏观动态监测 b、星载、机载雷达用于现势水体监测 c、可见光高分辨率卫星用于高精度的灾情监测与
损失评估。
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TM、ETM +和SPOT影像波段多，分辨率适中(TM 地面分辨率为30m，ETM+的全色波段为15m， SPOT-5的多光谱波段为10m，全色波段可达2.5m或 5m)，可有效地获取地面覆被信息和洪水信息，是 洪水淹没损失估算、模拟分析、洪水线性回归分析 的有效资料，适合中等范围的洪水监测
射曲线基本相似。
二、洪涝灾害遥感检测原理
二、洪涝灾害遥感检测原理
雷达成像原理
侧视雷达是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方垂直 的侧面, 发射一个窄的波束, 覆盖地面上这一侧面的一个带, 然后 接收在这一条带上地物的反射波, 从而形成一个图像带。随着飞 行器前进, 不断地发射这种脉冲波束, 又不断地接收回波, 从而形 成一幅一幅的雷达图像。对洪涝灾害的面积作出合理的估计，很重 要的一步就是要对水体进行识别，从遥感影像上快 速提取水体覆盖范围。
洪涝遥感监测的关键在于水体的识别技术。水 体识别是基于水体的光谱特征和空间位置关系分析、 排除其他非水体信息从而实现水体信息提取的技术。
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二、洪涝灾害遥感检测原理
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地球资源与信息学院测绘07-1
一、洪涝灾害简介
我国地处东亚，季风气候明显，年际间季风的不稳定 性造成降水时空分布不均，使得我国成为世界上自 然灾害种类最多，活动最频繁，危害最严重的国家 之一
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一、洪涝灾害简介
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一、洪涝灾害简介
据国家民政部门统计，近十 年来我国大陆平均每年因洪涝 灾害造成的粮食损失约200亿 公斤，经济损失近2000亿元， 约占国民经济生产总值的3-6% 。分析表明20世纪后50年各年 代全国受涝面积和成灾面积呈 上升趋势。
但该遥感数据获取成本较高，灾时性 较差，只适合在地形复杂、范围不太 大的特大洪水灾害情况下使用。
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NOAA/AVHRR(每日可4次获得图像) 和FY-1卫星(每日每颗星可过境2次)具 有重访周期短、时间分辨率高优点， 适合进行洪水灾害的宏观动态监测。
但因其空间分辨率较低(为1.1km)，所 以像元所反映的信息具有较大的地类 混合和邻域效应(混合像元)，很难提 供洪水灾情的准确数据。