基于混合像元分解和双边界提取的湖泊面积变化监测

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遥感信 ． 龟
叠 感 匝 用
基 于 泊 面 积 变 化 监 测
胡 争 光①， 袢 婷 ②， 天 河①， 素 红②， 建 涛① 王 池 刘 毕
（ 中 国 科 学 院 遥 感 应 用 研 究 所 国 家 遥 感 工 程 研 究 中心 ， 京 １ ００ ； 北 京 师 范 大 学 地 理 与遥 感 学 院 ， 京 １０ ７ ） ① 北 ０ １１ ② 北 ０ ８ ５
中图 分 类 号 ：ＴＰ ９ ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ０ — ００
１ 引 言
湖 泊 是一 个 多 功能 的 自然 资源 ， 为人 类 提供 生 活生产 用水 以及 丰富 的生 物资源 。湖泊 的形成 与消 失 、 张与 收缩 ， 扩 及其所 引起 的生态 环境 的变化 都反 映 了一定地 域乃 至全球 的构造 和气候 事件 。随着人
摘要 ： 如何 通 过 充 分 考 虑地 物 复 杂 性 和地 域 时 间 限制 ， 高 混 合 像 元 分 解 算 法 的 精 度 和 普 适 性 ， 目前 基 于 提 是
中低 分 辨 率 遥感 数 据进 行 湖 泊 面 积 监 测 所 面 临 的 主 要 问题 。 针 对 问题 ， 出 了 一 种 结 合 双 边 界 提 取 和 混 合 象 元 提
到 有效宏 观 的监 测 。而随 着 遥感 技 术 的广 泛 应 用 ，
传感 器 如 ＡＶＨＲ Ｍ０Ｄ Ｓ等 ， 方 面 在 时 间分 辨 Ｒ、 Ｉ 一
率 、 盖范 围 、 用方 面都 有 着 很 大 的 优 势 ， 覆 费 另一 方 面 由于 空 间分 辨 率低 ， 地 和水 体 在 岸 边 产 生 的混 陆 合像 元 严重 。 目前 已有 的一 些算 法 不能很 好地 解决 混合 像 元 问题 ， 当水 面较窄 ， 水体 较 小时容 易 漏分某 些 水体 ， 或者 没 有充分 考虑 到非 水体 地物 的 复杂性 ， 并 且 其对 于水 体 的判据 以及端 元 的选择 受 到地域 以 及 时 间 的限制 ， 没有 普适 性 ， 不能 推广 到其他 湖 区 。 为 了解 决 以 上 问题 ， 文 使用 高 时 间分 辨 率 的 本 ＡＶＨＲ Ｒ数 据 ， 合 双 边 界 提 取 ， 合 像 元 分 解 的 结 混 算法 ， 对东 北 、 内蒙地 区 的湖泊 面积 变化 进行 了遥 感 监测 ， 并利 用该 地 区 的地 形 图数 据对 湖 泊 数 据 进 行 湖泊 名称 和地 理位 置 的匹 配 ， 后 利 用 中 国湖 泊 志 最 统计 值对 提取 结果 进 行 了算 法 验证 及 误 差 分 析 ， 精
资 源 、 象等 卫星 遥 感 图像 以其 周 期 性 、 观 性 、 气 宏 高 效 性 的特 点为迅 速 精确 调 查 湖 泊 、 库 等 水体 状 况 水 创 造 了条件 ， 着 广泛 的应 用 前 景 。 目前 对 湖泊 的 有 遥 感监 测主 要有 两类 ： 一是 基 于高 分辨 率 的 Ｓ ＯＴ、 Ｐ Ｔ 或 ＡＳ Ｅ 等 数 据 对 湖 泊 相 关 信 息 的 直 接 提 Ｍ Ｔ Ｒ
ＡＶＨＲ Ｒ对 青海 省湖 泊 的 面 积 ， 温 等进 行 了遥感 水
收 稿 日期 ：０ ６ １ — Ｏ ２０ — Ｏ ７
度较 高 ， 能够 为社 会 、 府 在 湖 泊 资 源 的开 发 、 用 政 利
基 金项 目： 国家 “ 五 ” 技 攻 关 计 划 “ 国 可 持 续 发 展 信 息 共 享 系 统 的 研 究 开 发 ” ２ ０ 一 Ｂ ０ Ｂ） 国 家 基 础 性 条 件 平 台 “ 国 可 十 科 中 （ ０４ Ａ６ ８ 与 中 持 续 发 展 信 息 共 享 平 台建 设 ” ２ ０ ＤＥ Ｃ １ ） （ ０ ３ Ａ２ ０ １ 。 作者简 介 ： 争 光（９２ ） 男 ， 南 ， 士 研究 生 ， 胡 １８ 一 ， 湖 硕 主要 研 究 方 向 为 遥 感 信 息 提 取 ， 理 信 息 共 享 与 数 字 城 市 。 地
类 不 合理 活动 的加 剧 ， 泊 面积 萎 缩 及 生 态 环境 恶 湖
化等 问题 引起 了社 会 各 界 的 广 泛关 注 。因此 ， 确 精 迅速 地对 湖泊 监测 ， 示 自然 因 素及 人 类 活 动 对湖 揭 泊水 域 的影 响规律 ， 对合 理开 发 、 利用 和保护 湖泊水 域 有着极 其重 要 的意义 。 传 统 的湖 泊 面积 监 测 不仅 耗 时 耗力 ， 而且 监 测 周期 长 、 监测 精度难 以保 证 ， 以对湖泊 水域 面积 做 难
取 ； 是基 于 中低 分 辨 率 如 ＡＶＨＲ ＭＯ Ｓ等 数 二 Ｒ、 ＤＩ 据结 合 相关 的算 法 来提 取 目标 信 息 ， 杨 英宝 等口 如
利用 Ｌ ｎ ｓｔ 东太 湖湖 泊面积 及 网 围养 殖 动态 变 ａｄａ 对
化 进 行 了 遥 感 监 测 ， 英 莲 等口 杨 利 用 ＮＯＡＡ／
分 解 的高 效 算 法 ， 后基 于 ＡＶＨＲＲ 数据 对 中国 东 北 ， 最 内蒙 古 地 区 的 湖 泊 面 积 变 化 进 行 遥 感 监 测 ， 证 了算 法 的 验
高精度和可行性。
关 键 词 ： 泊 面 积 变 化 监 测 ； 合 像 元 分 解 ；双 边 界 提 取 ； 元 湖 混 端
监 测研 究 ， 铌 等 利 用 Ｍ０ Ｓ对 西 北 地 区 近 年 郭 ＤＩ 来 内陆湖泊 变化 反 映 的 气候 问题 进 行 了研 究 ， 益 粱
同等 基 于 ＡＶＨＲ 利 用 神 经 网络 对 水 体 信 息 进 Ｒ
行识 别 。然而 ， 用 高分 辨 率 的遥 感 数 据进 行 大 范 使 围 的湖泊 面积 监测 是 不 现 实 的 ， 要 出 于 以下 几 点 主 考虑 ： 高分 辨率遥 感影 像传 感 器 的时间 分辨率 低 ； ① ②易 受云 的影 响得 不 到 地 面 影像 ， 得 在 多雨 季 节 使 难 以得到 足够 的图像 研 究 水域 的 动态 变 化 ； 变 化 ③ 监测 费 用太高 。相 比之 下 ， 用 中低 分 辨 率 的光 学 使