一种基于城市水体指数与分形几何算法的OLI遥感影像水体提取方法

针对严重污染的城市水体与道路、建筑物、阴影等易于混分,以及遥感水体提取结果不连续、存在斑点问题,本文以广州市流溪河与东江水系为研究对象,基于2016年与2017年OLI遥感影像,采用本文新提出的城市水体指数法（CWI）,同时结合分形几何算法,通过设置形状面积等特征,实现城市复杂环境下的水体信息的自动提取。并与单通道算法、改进的归一化差异水体指数（MNDWI）算法、支持向量机法（SVM）与光谱角度法的水体提取结果进行对比分析。结果表明：SVM算法出现大量斑点,其次为MNDWI水体指数算法,光谱角度算法与单通道算法斑点较少,但水体提取结果不连续,部分河道漏分。本文提出的算法能够克服山体阴影、道路、建筑物等影响,实现城市污染水体以及一般水体连续、准确提取。本文的提取结果可为水资源调查、洪水灾害预测评估、水利规划、环境监测等工作提供基础数据支撑。     

基于卷积神经网络的城市水体提取方法研究

针对传统方法在城市水体提取中容易受到建筑物阴影影响和难以精确提取细小水体等问题,提出了一种基于逐像元分类和多尺度分割技术的卷积神经网络遥感水体提取方法。该方法利用像元的光谱特征向量构建光谱特征矩阵,作为卷积神经网络输入特征训练水体提取模型,以多尺度分割结果抑制分类离散点与水体边缘误分现象,进一步提高提取精度。试验结果表明,该方法在细小水体的提取精度和细节上比改进的归一化水体指数算法表现更好,不仅能有效抑制建筑物阴影的影响,还能够有效区分一些相对细小的建筑对象如桥梁等,提取结果边缘也更光滑。     

多时相阴影轮廓差分辅助下的城市水体提取

如何避免水体提取中阴影信息与水体信息的混淆,是利用遥感数据提取城市水体信息需要解决的一个问题。本文以高分一号WFV图像及Landsat8 OLI图像为数据源,利用阴影轮廓的位置与形状在不同太阳高度角及太阳方位角下的差异性,提出一种基于多时相阴影轮廓差分的城市水体提取方法(WMSD)。以广州市天河区为试验区进行水体信息提取,同时运用NDWI、MNDWI及SWI指数法分别提取水体信息,进行精度对比分析。结果显示,本文所提出的WMSD方法分类精度超过88%,较NDWI法、SWI法及MNDWI法的水体提取精度分别提高了8.50%、9.50%及4.67%。说明基于阴影轮廓位置与形状的差异提取水体信息的方法能够较好地解决阴影与水体提取信息混淆的问题,为利用遥感数据提取城市地区水体提供了一个可行的处理方法。     

Sentinel-2遥感图像的细小水体提取

基于卫星遥感的水体提取算法对面积较大的水体效果较好,应用于细小水体时受混合像元、异物同谱等因素影响,容易出现误判。Sentinel-2卫星多光谱遥感数据空间分辨率为10 m、20 m、60 m,双星时间分辨率5 d,时间和空间分辨率较高,因此本文采用了Sentinel-2绿光波段（560 nm）、红边波段（705 nm）、近红外波段（842 nm、865 nm）和短波红外波段（2190 nm）的遥感反射率,提出了一种植被红边水体指数算法RWI（Vegetation Red Edge based Water Index）。对比分析了植被、阴影、建筑物、混合像元、裸土、水体6种地物的归一化遥感反射率,从机理上解释了为什么RWI比其他水体指数具有更好的提取细小水体的效果。本文对比了常用的几种水体提取算法,包括改进的归一化差异水体指数MNDWI（Modified Normalized Difference Water Index）、多波段水体指数MBWI（Multi-Band Water Index）、自动水提取指数AWEI（Automated Water Extraction Index）,以人工目视解译的水体结果为准,对比以上几种算法得到的水体提取结果,得出RWI、MNDWI、MBWI、AWEI_sh、AWEI_nsh的面积提取差异分别为3.6%,4.2%,12.2%,8.8%,19.8%。从结果可以看出RWI算法精度最高。从影像提取结果来看,本文提出的RWI算法提取的水体边界效果更佳,而且能够一定程度上消除山体和建筑物阴影、云阴影以及混合像元的影响。同时,在2016-01—2018-12时间范围内筛选选取了共43景无云的Sentinel-2影像,利用本文提出的算法对雄安新区、神东矿区、永城矿区3个区域的细小水体分布开展了多时相分析。观察后发现每个时相的结果均十分良好,细小水体的边界区分度较高,基本没有错提、漏提,算法具有良好的适用性和稳定性。     

利用改进的归一化差异水体指数（MNDWI）提取水体信息的研究

在对M cfeeters提出的归一化差异水体指数(NDWI)分析的基础上,对构成该指数的波长组合进行了修改,提出了改进的归一化差异水体指数MNDWI(M odified NDWI),并分别将该指数在含不同水体类型的遥感影像进行了实验,大部分获得了比NDWI好的效果,特别是提取城镇范围内的水体。NDWI指数影像因往往混有城镇建筑用地信息而使得提取的水体范围和面积有所扩大。实验还发现MNDWI比NDWI更能够揭示水体微细特征,如悬浮沉积物的分布、水质的变化。另外,MNDWI可以很容易地区分阴影和水体,解决了水体提取中难于消除阴影的难题。     

综合水体指数的创建

在对NDWI和MNDWI等传统水体指数进行分析的基础上,本文提出了一种创建水体指数的新思路:将多光谱图像进行LBV和HSV等复合变换,综合利用变换前的多波段信息和变换后的新波段信息绘制地物光谱曲线,寻找水体的光谱特性,进行水体指数的创建.本文利用ETM+图像HSV变换后的Sat波段以及LBV变换后的V波段,创建了综合水体指数(SWI),并利用SWI进行了遥感影像水体信息自动提取实验.实验表明:利用SWI能准确提取水体信息,有效减少水体提取结果中的误提取像元.     

多特征多层次Sentinel-2影像辽宁省湖库水体提取

以辽宁省为研究区,本文基于GEE遥感云平台,使用Sentinel-2遥感影像,提出了一种多特征多层次的湖库水体提取算法。该算法选择自动水体指数(AWEI_sh)和改进的归一化水体指数(MNDWI)提取水体,并利用归一化植被指数(NDVI)、归一化建筑指数(NDBI)、归一化差异红边指数(NDREI)、Sentinel-2的B8和B9波段及DEM数据多层次地消除暗地物和高亮地物噪声,对提取结果中被云雾遮挡而部分缺失的水体进行修复,最后将河流及细小像素剔除。利用此算法提取了辽宁省2017—2021年每年4、7、10月的湖库水体,并对比了不同水体提取算法及不同的水体数据产品。试验结果表明,本文算法在大尺度条件下提取水体具有良好的效果,总体精度达96%以上,可以较好地去除植被、阴影等暗像元表面,并且保证了水体信息的完整性,在大尺度水体提取方面具有一定的适用性和稳定性。     

空-谱角匹配与多指数法相结合的OLI遥感影像水体提取

针对复杂环境条件下水体遥感提取结果不连续且易与植被、建筑物、阴影相混淆的难题,基于Landsat 8 OLI影像,以石家庄市平山县岗南水库和宿迁市骆马湖附近河流为研究区,提出了一种空-谱角匹配与多指数法相结合的水体信息提取方法;并与单波段阈值法、归一化差分水体指数法（NDWI）、光谱角匹配法（SAM）、自动水体提取指数法（AWEI）和一类支持向量机法（OC-SVM）的水体提取结果进行对比分析和精度评定。试验结果表明,本文提出的方法兼顾了多特征之间的互补性优势,引入的空间信息有效地抑制了噪声的干扰,且以像素为基元的提取策略较好地保持了水体的边缘信息,避免了出现平滑掉细节信息的情况;与传统方法相比,本文方法受植被、建筑和阴影的干扰最小,对细小水体也具备较好的识别能力。     

综合水体指数的创建

在对NDWI和MNDWI等传统水体指数进行分析的基础上,本文提出了一种创建水体指数的新思路:将多光谱图像进行LBV和HSV等复合变换,综合利用变换前的多波段信息和变换后的新波段信息绘制地物光谱曲线,寻找水体的光谱特性,进行水体指数的创建。本文利用ETM+图像HSV变换后的Sat波段以及LBV变换后的V波段,创建了综合水体指数(SWI),并利用SWI进行了遥感影像水体信息自动提取实验。实验表明:利用SWI能准确提取水体信息,有效减少水体提取结果中的误提取像元。     

多光谱光学遥感影像水体提取模型

地表水监测是遥感的重要基础应用.光学遥感水体提取的原理是基于不同的地物具有不同的光谱反射特性,某些地物(冰雪、阴影、云)因为与水体具有相似的反射特性导致提取分类失败.本文针对传统水体指数在水体提取时出现错分、漏分的问题,提出一种归一化多波段水体指数NDMBWI.分别用3个试验对本文指数的稳定性进行测试.试验1的区域为西藏林芝地区,数据源为同一时相的Landsat 8、Sentinel 2卫星影像,试验结果验证了本文指数抑制冰雪的能力,本文指数的Kappa系数为0.86、总体精度为0.93、错分误差为0.03、漏分误差为0.12、制图精度为0.97、生产者精度为0.88,均优于已有的指数.试验2的数据源为高分一号,以香港迪士尼为试验区域,在存在少量云的环境下进行水体提取,证明了本文指数能抑制云及其云下阴影.试验3提取了多个地区的水体,验证了本文水体指数的稳定性.本文使用多源光学遥感影像验证了NDMBWI的可行性,不需额外借助辅助数据,即可排除雪、云、阴影的影响,能够更加有效地自动化提取水体,可推广到海岸带资源研究、冰川变化、内陆湖泊变化等领域.     

基于光谱角匹配算法的水体信息提取研究

针对水体信息提取时,传统算法不能较好地解决山体阴影被误提为水体的问题,引入多用于高光谱数据处理的光谱角匹配算法,以Land-sat8 OLI(band1-band7)为数据源,以黄河小浪底水库周边区域为实验区,开展水体信息提取研究,结果显示:水体指数法和波段关系提取的结果中有大量的山体阴影信息,提取精度不超过30%,而光谱角匹配法提取结果受阴影的影响较小,提取精度在99%以上。     

直方图双峰法在遥感影像水体提取中的研究与改进

利用水体指数方法提取多光谱遥感数据中水域信息优势明显,应用广泛。然而在实现过程中,算法的选取依赖于特定的水域环境,移植性差。本文选取了我国东部5个地区冬夏两季的数据,基于Landsat 8/9卫星的光谱数据,使用改进的归一化水体指数(MNDWI)进行归一化处理,在此基础上研究了直方图双峰阈值法的不足之处并加以改进。试验结果表明,改进后的直方图双峰法提取水域信息精度明显提高,且不再依赖于特定的水域环境,适应性显著提高。     

高分一号卫星遥感影像提取冰川堰塞湖水体方法比较

快速准确地从遥感影像提取冰川堰塞湖水体信息,是研究冰坝遥感监测与应急监测的核心热点问题。以GF-1卫星遥感影像为主要数据源,采用归一化差分水体指数(NDWI)、改进阴影水体指数(ENDWI)和面向对象(SVM)对克亚吉尔冰川堰塞湖水体进行定量提取。比较分析3种水体判识方法,3种方法均可以提取完整的水体边界,并且抑制了90%以上的非水体信息。NDWI法和ENDWI法可应用于GF-1地表水体提取,能够满足冰坝水体监测与应急监测需求,但面向对象法最适宜GF-1影像的水体信息准确提取。     

基于高分二号的面向对象城市水体信息提取

根据国产高分二号卫星影像具有光谱信息丰富、空间分辨率高的特点,利用面向对象的方法提取了城市水体信息。首先借助ESP尺度分割工具,确定最优分割尺度;再统计地物的光谱信息、形状因子、纹理特征等,构建城市水体提取知识库。针对城市水体和建筑物阴影混淆严重的问题,提出了一种利用能区分城市水体和阴影的ISTD指数提取城市水体的方法。结果表明,该方法的总体精度为89.55%,Kappa系数为0.86,比传统的基于像元的方法精度提高了16%。该方法可有效解决水体和建筑物阴影混分问题,在城市水塘等小面积水体提取方面具有明显优势。     

基于水体指数的密云水库面积提取及变化监测

密云水库作为北京市惟一的地表饮用水源地,监测其水面的变化可服务于政府的管理和决策。本文在分析地物光谱特征的基础上,利用TM影像的短波红外波段(TM5)和红光波段(TM3),构造了修订型归一化水体指数(RNDWI)来提取水库水面。RNDWI法能够削弱混合像元因素和山体阴影的影响,精确地提取出水陆边界,甚至可以提取出狭窄条状水体。比较RNDWI、改进归一化差异水体指数(MNDWI)及单波段法的水库水面面积提取精度,发现单波段法精度低,MNDWI法精度高,而RNDWI法精度最高。并基于RNDWI法利用TM影像监测了密云水库近二十年的水面面积动态变化,1996年时面积最大(152.306km2),近十年水库面积逐渐减少,2004年面积最小(56.632km2)。     

资源三号测绘卫星影像中水体信息提取方法研究

以江苏省宜兴市为研究区,利用资源三号测绘卫星多光谱数据提取该区内水体信息。首先利用ERDAS软件QUAC工具进行大气纠正,对典型地物以及多种水体遥感反射率光谱特征进行分析;随后构建几种常用水体提取指数,通过对比实验确定各指数阈值,提取水体信息;对水体提取效果进行目视分析与抽样调查分析,结果表明:几种算法对于水体提取敏感性各有侧重,其中水体提取效果较好的算法有NDWI-B指数法和NDWI指数法。     

一种顾及背景信息的遥感影像自动化水体提取方法

水资源是地球生态系统的重要组成部分,准确有效的水体提取可为水文、气候建模、生态系统评估等不同学科研究提供基础性数据。针对遥感水体提取方法中存在的最优阈值难以确定、建筑阴影噪声难以抑制等问题,提出了一种基于遥感特征指数的水体提取方法,能够削弱指数法对最优阈值的依赖性并抑制建筑阴影产生的噪声。针对水体提取模型自动化程度不高、单一方法难以针对不同背景水体完成高质量提取等问题,发展了顾及背景信息的自动化水体提取方法,基于OTSU阈值法利用植被指数、建筑指数与坡度等信息对背景进行分类,然后采用不同的策略进行水体提取。实验证明,提出的方法自动化程度高,无需依赖先验知识,能在保证水体提取结果完整性的同时抑制由建筑与山体阴影产生的错误信息。     

基于SPOT5影像自动提取水体的新方法

针对基于SPOT5影像提取水体时易受地形阴影、居民地等因素影响提取精度的问题,本文构建了一种新的水体提取方法。该方法以水体的遥感图像本底值研究为基础,通过构建能够同向增强的水体指数及多指数集成计算模型,实现水体灰度值的极化,在此基础上利用改进的阈值自动选取算法、数学形态学滤波及细化等算法,实现了水体的高精度自动提取。经过试验比较表明,该方法能够有效地提取较细水体,且能够有效去除地形阴影、居民地及河流边滩等的影响。     

Sentinel-2和Landsat8影像的四种常用水体指数地表水体提取对比

利用卫星影像快速准确地提取湖泊等地表水体范围一直是一个重要的研究课题,其对洪涝灾害监测、水资源管理与利用等具有重要意义。Sentinel-2 MSI和Landsat8 OLI数据是目前主流的开放获取的中高空间分辨率遥感影像。以鄱阳湖区为研究对象,首先,分别使用归一化差异水体指数(normalized difference water index,NDWI)、改进的归一化差异水体指数(modified normalized difference water index,MNDWI)、自动水体提取指数(automated water extraction index,AWEIsh)和基于线性判别分析的水体指数(water index,WI2015)等4种常用的水体指数从2种影像中提取湖泊水体的分布信息;然后,分析了在同种水体指数之下2种影像提取结果的差异性和同一幅影像中4种水体指数提取结果的不同;最后,利用同期的高分一号影像目视解译的结果对水体提取结果进行了精度验证。结果表明,对于2种遥感影像,4种水体指数均能成功地提取出研究区的大部分水体; AWEIsh和WI2015的提取精度最高,在Sentinel-2和Landsat8影像上分别达到了98%和94%以上,MNDWI次之,NDWI的提取精度最低;相对而言,Sentinel-2影像提取的水体细部信息更为明显,整体提取效果优于Landsat8影像。     

基于SPOT-5图像的城市水体自动提取模型研究

以南京市主城区为对象,研究基于SPOT-5图像的城市地区水体信息的提取方法.分析表明,对SPOT-5的SWIR波段进行简单的阈值处理,可以清晰地将水体与阴影提取出来.在分析水体和阴影光谱特征和空间特征（形状指数等）的基础上,建立了基于SPOT-5图像的城市地区水体的自动提取决策树模型.精度验证表明,该模型的水体提取精度较监督分类的提取精度提高2.5%,尤其在具有许多建筑物阴影的局部区域,本模型的水体提取精度提高11.6%.此外,本模型还具有很好的移植性,只是在阈值大小的确定上会有部分差异.