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。     

像元二分模型在MODIS水陆混合像元分解中的适用性研究

遥感数据是地表水监测的重要数据源,用较低空间分辨率的遥感影像探测地表水范围时,混合像元问题常使水陆边界的提取不够准确。有必要对水陆混合像元进行分解,估算混合像元中水体所占百分比,从而为亚像元级别的水域边界制图奠定基础。借助像元二分模型的概念对水陆混合像元进行分解,验证该类模型的适用性。首先,以中分辨率成像光谱仪影像为数据源,分别基于归一化水体指数(normalized difference water index, NDWI)和改进的归一化水体指数(modified normalized difference water index, MNDWI)建立像元二分模型,对云南省高原湖泊进行水域提取及边界混合像元分解;然后,用同期更高空间分辨率的Landsat数据对提取结果进行验证。结果表明,像元二分模型在对水陆混合像元的分解中具有较好的适用性,其中,基于NDWI的像元二分模型精度略高于基于MNDWI的模型。     

南京市地表参数变化与热岛效应时空分析

利用南京市1989年TM和2001年、2010年ETM+卫星遥感数据,提取了3个时期的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、改进的归一化水体指数(modified normalized difference water index,MNDWI)、归一化建筑指数(normalized difference build-up index,NDBI)和归一化不透水面指数(normalized difference impervious surface index,NDISI)等地表参数;利用热红外波段遥感数据反演地表温度,并从时间维对比分析了3个时期各个参数的变化和产生的原因;利用回归分析方法探讨了上述地表参数变化与城市地表温度之间的关系,即地表温度与NDISI和NDBI呈正相关,与NDVI呈负相关。进一步分析表明,南京市最近20 a来不透水面和建筑面积大幅增大,植被覆盖范围减少,城市热岛效应加剧,不透水面、建筑指数与地表温度的变化趋势和城市扩张趋势一致。该研究成果对于揭示南京市热岛效应、优化土地配置和推进生态城市建设具有一定的参考意义。     

基于TM图像的“增强的指数型建筑用地指数”研究

以Landsat TM/ETM+图像为数据源,研究城镇和农村建筑用地信息的提取方法.首先利用TM7,4,2波段创建归一化差值裸地与建筑用地指数(normalized difference bareness and built- up index,NDBBI);然后根据裸地在裸土指数(bare doil index,BSI)图像上的亮度值最高、在改进型归一化差值水体指数(modified normalized difference water index,MNDWI)图像的亮度值最低的特征,提出了增强型裸土指数(enhanced baresoilindex,EBSI);最后选用NDBBI,EBSI,MNDWI和SAVI( soil adjustment vegetation index,SAVI)4个指数,构建一种新型的建筑用地指数,称为“增强的指数型建筑用地指数”( enhanced index - based built - up index,EIBI),可快速地提取建筑用地信息.实验结果表明,用EIBI提取的建筑用地信息客观,人为干预少,可信度高,提取精度可达90％以上,适合于同时提取城市和农村建筑用地信息.     

基于FY-3/MERSI数据的新疆融雪性洪水灾害监测

基于风云3号(FY-3)卫星中分辨率成像光谱仪(medium resolution spectral imager,MERSI)数据的归一化差异水体指数(normalized difference water index,NDWI)和基于蓝光波段的归一化差异水体指数(normalized difference water index based on blue light,NDWI-B),通过直方图分析获取了水体指数判识阈值,并对新疆北疆沿天山一带2009—2011年发生的融雪性洪水灾害天气进行了监测。对比基于环境1号卫星CCD数据的监测结果表明:利用FY-3/MERSI的250 m空间分辨率数据可实现对新疆融雪性洪水灾害的监测,其中利用FY-3/MERSI NDWI-BFY数据的判识效果最好。     

面向GF-1影像的NDWI分割阈值选取方法研究

以位于我国不同地区的15个湖泊为研究区域,基于高分一号(GF-1)卫星遥感影像计算归一化水体指数(normalized difference water index,NDWI),在此基础上分别采用迭代法、大津法和直方图双峰法选取分割阈值及提取水体信息,并分析3种方法的阈值选取结果及水体信息提取结果。研究结果表明:迭代法与大津法选取的阈值相近,与直方图双峰法选取的阈值相差较大;迭代法选取阈值的效率较高;直方图双峰法的提取精度最优,其提取的水域面积与参考面积拟合的效果最好。该研究可为GF-1影像的精准水体提取提供自适应阈值分割方法的选取策略。     

林火烈度遥感评估指数适应性分析

科学合理地定量评估林火烈度,对揭示林火干扰下森林生态系统的变化,以及植被的恢复与管理具有重要意义。以美国科罗拉多大峡谷国家公园北缘的Poplar Fire为实验区,利用Landsat5 TM影像,结合实地调查的综合火烧指数(composite burn index,CBI),分析评价了归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI),归一化火烧指数(normalized burn ration,NBR),差分归一化植被指数(differenced normalized difference vegetation index,ΔNDVI)和差分归一化火烧指数(differenced normalized burn ration,ΔNBR)4种遥感指数对林火烈度评估的适应性。结果表明,4种遥感指数对识别不同等级林火烈度存在一定的差异。在未过火区和轻度火灾区,单一遥感指数的精度略高于差分遥感指数,其中NBR的提取精度最高,分别达到了66.7%和80%;在中度火灾区和重度火灾区,差分遥感指数的精度高于单一遥感指数,ΔNBR的提取精度最高,分别达到了100%和90%。总体上,基于差分遥感指数的林火烈度制图精度总体高于单一遥感指数,其中ΔNBR的总体制图精度最高,达到了86.2%。因此,ΔNBR是林火烈度分析与评估的适宜遥感指数。     

基于机载MASTER数据的果园叶面积指数遥感反演

叶面积指数(leaf area index,LAI)是描述植被冠层结构的重要参数,准确获取果树的LAI对果树长势监测和果树估产均有重要作用。以美国加州中部的果园为研究区,基于沿太阳主平面飞行成像的机载MODIS/ASTER模拟传感器(MODIS/ASTER airborne simulator,MASTER)数据,利用实测LAI数据与归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、归一化差值红外指数(normalized difference infrared index,NDII)和归一化差值水体指数(normalized difference water index,NDWI)分别建立回归模型,并选取NDWI进行研究区LAI的反演。结果表明:由于地物的二向性反射,垂直太阳主平面飞行获取的遥感数据具有明显的亮度梯度现象,而沿太阳主平面飞行获取的遥感数据几乎不受亮度梯度的影响;NDVI在高植被覆盖区容易达到饱和,而NDWI比NDVI和NDII具有更高的拟合度和更小的均方根误差,更加适合研究区LAI的遥感反演;该研究结果可以丰富LAI反演理论,也可以为研究LAI尺度问题提供理论和数据支持。     

ASTER数据的煤矿区水体信息提取

为实现多光谱数据对煤矿区水体信息提取,以萍乡市芦新岭及周边煤矿为试验区,在国内外学者对水体指数法提取水体信息和应用的启发下,对试验区不同地物的波谱特征进行分析。本文首先利用数学统计方法建立一种ASTER数据综合归一化差异水体指数模型SWI ASTER_xy,然后利用这一模型对试验区进行水体信息提取。试验表明,该模型能够有效地提取矿区各类水体,还可以运用在ASTER数据（或其他多光谱数据）对不同区域不同地物的提取,在遥感地物定量提取上具有很好的效果和潜力,具有一定的推广价值。     

基于决策树方法的Landsat8 OLI影像红树林信息自动提取

基于广西山口国家红树林生态自然保护区的Landsat 8 OLI影像数据,选用广泛应用于植被液态水含量反演的归一化差值湿度指数(normalized difference moisture index,NDMI)和修正的归一化差值池塘指数(modified normalized difference pond index,MNDPI)作为分类特征,运用决策树方法进行红树林信息的自动提取。研究结果表明:红树林独特的滨海湿地生境特点,使其光谱同时包含植被和湿地信息;MNDPI和NDMI可分别反映可见光-近红外波段反射率同短波红外波段反射光谱的反差,可成功应用于湿地植被信息的提取,能有效地将红树林同其他地物相区分;采用Landsat8 OLI遥感数据,并结合NDMI和MNDPI分类特征构建的决策树模型可有效地提取红树林信息,其错分率和漏分率都较低,分别为5.34%和1.69%。