典型海域使用光谱特征分析

典型海域使用光谱特征分析
摘要：国内外多年的海洋遥感研究表明，遥感成像技术、多光谱图像的应用需求日益广泛。

如何从多达数百个波段中挑选出具有较好识别能力的波段组合成为亟待解决的问题。

本文根据典型海域使用的光谱测量数据，研究分析了典型海域使用对应地物的光谱特征，为依据光谱数据进行海域使用类型识别和定量分析提供基础，对于发展海域使用遥感自动分类技术，提高我国海域使用动态监视监测系统的目标识别能力，具有实际意义。

关键词：海域使用；光谱特征；光谱曲线；可分性
中图分类号：o434.13 文献标识码：a 文章编号：
一、引言
随着遥感技术的不断发展和逐渐成熟，遥感技术已在社会生活、经济建设和国土管理等领域发挥重要作用。

海洋遥感的出现，使得人类研究大范围的海洋区域成为可能。

海洋遥感是利用传感器对海洋进行远距离观测，从而获取海洋景观及组成要素的图像数据。

用装载在不同遥感平台上的传感器，接收海洋反射或散射的电磁波能量并记录这些电磁辐射能，从而得到海洋遥感数据。

不同的地物能够反射或辐射不同波长的电磁波，故遥感系统可以产生不同的遥感图像[1]。

二、实验设计
1实验步骤
根据海域使用分类，确定本实验研究的典型海域使用，选择出包
含典型海域使用类型的研究区域。

然后针对每一种典型海域使用类型的地物，选取众多样本点，求出同类地物光谱反射曲线的均值、标准差等，进而建立研究区域内所有海域使用的反射率光谱库。

最后根据数值比较、斜率分析等曲线特征提取出各海域使用光谱反射率曲线所具有的光谱曲线特征，作为根据光谱反射率曲线提取目标地物的依据。

2研究区概况
汕尾市地处粤东沿海，位于东经114°54′至116°13′24″，北纬22°37′40″至23°38′35″之间，地势北高南低，南濒南海的红海湾和碣石湾，海域使用中涵盖了渔业用海、工矿用海、交通运输用海、旅游娱乐用海以及特殊用海五种海域使用类型。

图幅面积小、信息全，影像清晰，适宜作为本文实验区。

三、各海域使用光谱测量数据及光谱特征分析
本文研究，首先根据用海方式对应地物的光谱测量数据，以及遥感影像反映的光谱特征，研究用海方式对应地物的光谱可分性。

在此基础上，通过研究各用海方式在各波段的均值、斜率等光谱特征值，并经波段信息量、波段间相关性的比较和地物类别在各波段上的可分性分析，进而选择出信息量大且波段间离散度大、相关性小的波段组合，为海域使用遥感分类的波段选择提供科学依据。

分析各用海方式对应地物的光谱测量数据，主要研究各地物的光谱特征，主要使用envi图像处理软件中的光谱分析功能。

研究区域内渔业用海方式较为复杂，故本实验中又分为渔业用海1和渔业
用海2，分别代表人工鱼礁区和渔业基础设施用海，对六种海域使用类型的光谱数据收集处理。

1 tm遥感图像光谱反射曲线分析
在envi中，使用spectral library builder选项可以基于不同波谱来源创建光谱库，建立研究区域内典型海域使用对应地物的光谱库。

根据各地物的属性信息，针对每一地物在研究区域获取16~20个样本点，进行各典型海域使用的光谱收集。

然后使用options—mean class，绘制各地物的均值光谱。

最后，光谱收集完毕后，选择输出选项，创建光谱库，得到各地物光谱反射率曲线（如图1）。

从图1中可以得出，各海域使用光谱特性相对清晰。

所要分析的典型海域对应地物在原始反射率图像上在band1、band6上的反射率值较为接近，在band2上各地物的光谱可分性相对较小；在band3、band4、band5上各地物反射率差异较大，故有较好的可分性。

2 光谱反射率数值比较
由此可得结论：地物反射率在band3上反射率最高，在band5上反射率最高且高于200的为旅游用海；特殊用海在band5上反射率为180，且是唯一拐点；工业用海在band5、band6上反射率相等；渔业用海2的反射率|band4-band3|、|band4-band5|的绝对值均小于30；渔业用海1的反射率，band3>band4>band5；在band4、band5都低于50的为交通用海。

3光谱反射曲线斜率比较
各海域使用对应地物光谱反射曲线在band5至band6上斜率，交
通用海>渔业用海1>渔业用海2>工业用海=0>特殊用海>旅游用海。

故可得结论：在band5至band6上，可根据各海域使用对应地物的光谱反射曲线斜率的大小，依次提取出交通用海、渔业用海1、渔业用海2、工业用海、特殊用海以及旅游用海。

四、实验结果
本文研究了各典型海域使用类型地物反射光谱数据，对研究区内典型地物光谱特征进行了分析。

依据光谱曲线本身，结合数据，提取了各典型海域使用的光谱特征。

各典型海域使用类型对应地物的光谱反射曲线表明，若要根据光谱曲线提取目标地物，则必须满足目标地物光谱反射曲线的特定特征，总结如下：
旅游用海：在band3上反射率大于128，band4上反射率为大于240；斜率在band1至band6之间正负交替
交通用海：在band4、band5上反射率均小于34；斜率在band1至band2、band2至band3、band3至band4、band4至band5上斜率均为负
特殊用海：在band3上反射率为90~110，band4上反射率为
80~100，band5上反射率为170~190；斜率在band5至band6、band6至band7均为负
渔业用海1：反射率应为：band3>band4>band5；斜率在band1至band2、band3至band4、band4至band5均为负，在band2至band3为正
渔业用海2：反射率|band4—band3|、|band4—band5|的绝对值均小于30；斜率在band4至band5、band5至band6上均为正
工业用海：工业用海在band5、band6上反射率相等，且|band6—band5|小于10
参考文献：
[1]韦玉春等,遥感数字图像处理[m],科学出版社,2007.
作者简介：
刘灿（1987年1月），男，汉族，江苏徐州人，天津师范大学城市与环境科学学院2011级环境科学研究生。