基于多源遥感数据的东居延海水面面积监测对比研究Word下载.docx
《基于多源遥感数据的东居延海水面面积监测对比研究Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于多源遥感数据的东居延海水面面积监测对比研究Word下载.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
遥感技术在生态调水监测研究中，已逐步被应用，并取得显著效果。
乔西现[1]采用ETM影像解译获取了黑河下游的土地利用数据，研究了黑河尾闾东、西居延海调水后水资源、植被及生态环境的恢复情况。
郭铌[2]运用MODIS影像数据对黑河调水的下游生态环境恢复效果进行监测分析。
中国水科院遥感技术应用中心利用MODIS影像数据监测了黑河流域2002年第一次调水结束后东居延海进水情况。
MODIS影像数据获取重复周期短，获取方便，是进行长期连续监测的重要数据。
但是由于其分辨率低，解译精度较低，给生产应用带来一定困难。
高分辨率遥感影像能够很好地描述地物的细节信息，可以准确地获取水面面积，获取较高的解译精度。
因此，高分辨率遥感数据获得的水面面积可视为一种准确的观测数据，可用来检验低分辨率的MODIS影像解译结果，分析其误差，对采用MODIS数据进行东居延海水面面积监测具有重要意义。
本文以东居延海为例，分别采用多源高分辨率遥感影像和MODIS影像提取水面面积，并将高分辨率遥感数据提取结果分别与观测数据和MODIS数据解译结果进行对比，评价精度和分析误差，进一步探讨东居延海水面面积遥感监测方法。
图1技术路线图
2研究数据及研究区概况
东居延海位于内蒙古自治区阿拉善盟额济纳旗北部，1928~1932年，中瑞西北考察队考察时，东居延海水域面积为35km2。
到1958年（丰水年），东居延海水域面积仍有35.5km2。
由于上游来水减少，东居延海解放后干涸6次，到1992年彻底干涸，生态环境加剧恶化。
随着1999年黑河采取水量统一调度，黑河水重新注入东居延海，形成水面，周边地区的生态环境得到恢复。
本次研究采用TM、中巴资源二号卫星（CBERS2）等多光谱数据以及P5全色片数据等10期高分辨率遥感影像，见表1，并收集高分辨遥感数据获取日期的MODIS1B数据。
此外，还收集东居延海的水面面积旬观测数据及调水期间的日观测数据。
表1研究数据统计表
序号
影像获取日期
影像类型
影像分辨率（m）
1
2007.6.19
TM
30
2
2007.7.5
3
2007.10.7
P5
2.5
4
2008.5.11
5
2008.7.14
6
2008.8.24
7
2008.8.26
CBERS2
19.5
8
2008.9.9
9
2008.10.2
10
2008.10.11
3数据预处理
本文采用MODISReprojectionToolSwath工具对MODIS1B数据进行辐射校正、投影变换、几何校正、“双眼皮”现象去除等处理，使MODIS数据能够满足东居延海水面面积提取要求。
利用多源、多时相高分辨率遥感影像进行东居延海水面面积监测，需要对高分辨率遥感影像进行几何配准。
几何配准以2008年10月11日的TM影像为基准，将其他时间及其他传感器获取的高分辨率遥感影像统一校正到这期影像。
几何配准采用二次多项式，重采样方法采用双线性插值法。
4结果及分析
4.1结果
对经过几何校正等预处理的MODIS影像和高分辨率遥感影像在ENVI遥感处理软件中进行目视解译，提取得到东居延海水面面积，解译结果如表2。
以高分辨率遥感影像水面面积解译结果为基准，计算得到MODIS数据及观测资料的误差，见表2。
表2遥感影像解译水面面积结果对比
影像获取
日期
高分数据解译面积（km2）
MODIS影像解译结果
水文观测结果
面积（km2）
误差（%）
37.9
34.7
-8.4
32.5
-14.2
35.2
32.2
-8.5
30.9
-12.2
47.8
45.3
-5.2
38.7
-19.0
48.7
49.9
+2.5
36.8
-24.4
38.3
33.2
-13.3
34
-4.3
39.7
39.1
-1.5
35.8
-9.8
38.2
38.0
-0.5
35.7
-6.5
38.5
36
35.4
-8.0
43.3
41.8
-3.5
37.2
-14.1
46.6
44.3
-4.9
38
-18.4
4.2MODIS影像与高分辨遥感影像解译结果比较
由表2及图2可见，MODIS影像解译结果与高分辨遥感影像相比，误差最大为13.3%，最小0.5%。
总体上看，误差不大，除2008年5月11日，MODIS影像的解译误差都控制在9%以内。
MODIS影像解译结果整体上比TM影像解译结果要小，这是因为MODIS的空间分辨率最高为250m，影像上存在大量混合像元，东居延海的许多细节信息都被概化，如湖面较小的弯曲及湖内一些渚（smallpieceoflandinwater）在MODIS影像上无法表征出来，而在高分辨率遥感影像上可以较为详细地表征（如图3）。
2008年5月11日的MODIS影像解译误差较大，主要是因为该时期水面面积较小，湖内平均水位较低，而湖内水藻生长茂盛，且2008年的植被生长状况较2007年进一步提高，在MODIS影像上无法很好区分水体边界，导致MODIS影像解译误差明显增大（如图3）。
图2水面面积对比分析
4.3观测数据与高分辨遥感影像解译结果比较
由表2及图2可见，水文观测值与高分辨率遥感解译结果的变化范围较大，误差最小值为4.3%，最大值为24.4%。
由分析可知，造成两种方法监测结果差异一方面由于东居延海环境恶劣，给实地人工观测带来困难，一定程度上会影响观测精度；
另一方面，自从黑河实施统一水量生态调度以来，东居延海地区生态环境得到恢复，湖边及湖内植被生长越来越茂盛，对遥感影像识别水面边界带来影响。
进一步分析可知，当观测水面面积在34-36平方公里时，水文观测值与高分辨率遥感影像的解译结果相差较小，观测值误差在10%以内；
当观测水面面积值大于36平方公里及小于34平方公里时，观测误差在12%以上，甚至达到24.4%。
造成这一现象的原因可能为，当水位较低时，湖内的渚逐渐露出水面积，同时湖内植被在遥感影像上的表征进一步明显；
当水位较高时，水面面积淹没范围加大，湖面四周的植被被更多的淹没，植被覆盖的水体边界区域进一步加大。
这不但对野外水文观测造成影响，同时给遥感影像解译水面面积带来难度。
（a）TM原始影像（b）MODIS原始影像
（a）TM解译结果（b）MODIS解译结果
图32008年7月14日遥感影像及解译结果
5讨论
本文采用MODIS影像和高分辨率遥感影像对东居延海进行了水面面积提取，进一步分析比较了MODIS影像解译结果及水文观测值与高分辨率遥感影像解译结果的误差。
得出以下结论：
MODIS影像与高分辨率遥感影像的解译结果基本小于9%，由空间分辨率造成混合像元，概化了水面细节信息，是造成误差的主要原因；
水文观测值与高分辨率遥感影像的解译结果相差较大，误差最大接近25%，初步分析观测环境恶劣及生态环境复杂是造成两者差异的主要素。
因此，为了更好地利用遥感影像进行东居延海水面面积监测，需要更深入到东居延海进行实地勘察，掌握高分辨遥感影像解译结果与水文观测值之间差异的根本原因，为利用多源遥感监测东居延海水面面积提供依据。
参考文献
[1]乔西现，蒋晓辉，陈江南，等.黑河调水对下游东、西居延海生态环境的影响.西北农林科技大学学报（自然科学版），2007，35（6）：
190-194.
[2]郭铌，梁芸，王小平.黑河调水对下游生态环境恢复效果的卫星遥感监测分析.中国沙漠，2004，10（6）：
740-744.
[3]汤安国，张友顺，刘咏梅等.遥感数字图像处理.北京：
科学出版社，2004.
ComparisonofMeasuredAreaofEastJuyanhaiUsingMulti-sourceRemoteSensingData
Chenliang,HanLin,HeHoujun,ZhangXiangjuan
（InformationCenter,YellowRiverConservancyCommission,Zhengzhou45004,Henan,China）
Abstract:
MODISimageisanimportantdatatomonitoringthechangeofwatersurfaceareaofJuyanhaiLake.UnderstandingwatersurfaceareaaccuratelyisveryimportantwaterregulationinHeiRiver.Inthispaper,watersurfaceinterpretationerrorwithMODISdatawasanalyzedandverifiedbyhighresolutionimage,andalsothewatersurfaceareainterpretedbyhighresolutionimagewascomparedwiththehydrologyobserveddata.TheresultsstatethatinterpretationerrorbasedonMODISwascontrolledwithin9%,whichmainlyforthedetailgenerationcausedbyresolution;
theerrorbetweentheinterpretationresultbasisonhighresolutionimageandthehydrologyobservedvaluemainlycausedbythecomplexecologicalenvironmentandthehardsurveyingenvironment.
Keywords:
Multi-sourceremotesensing,Highresolution,EastJuyanhaiLake,Erroranalysis
1Introduction
HeiRiveristhesecondlargestinlandriverinchina,flowingthroughthethreeprovincesofQinghai,GansuandinnerMongolia,finallyinjectingEastandWestJuyanhaiLake,withtotal821kmlengthand0.134millionkm2.HeiRiverlocatesinthehinterlandofnorthwestinland,withanextremeenvironmentofdroughtinthemiddleandlowerreaches.Waterrecoursewasdifficulttomeetthelocaleconomicdevelopmentandecologicalbalance,thehistoricalwateraffairscontradictionwasveryserious.Withagriculturelarge-scaledevelopmentinmiddlereachesofHeiRiver,waterrequirementhasbeenincreasingandthewaterquantityflowingintothelowerofitwassharpdecreased,whichmaderiverchannelwaswithnoflux,lakeswasdryandtheleveloftheundergroundwaterwasdeclineandtheecologicalenvironmentinthelowerofHeiRiverwasdegeneratedfurther.InordertokeepwithinlimitsofecologicalenvironmentdeclinetrendinthelowerofHeiRiverandresolvetheprominentwateraffairscontradiction,waterregulationwascarriedoutin1999.Afterthe9yearsofwaterregulationinHeiRiver,waterwassupplementedeffectivelytothelowerlakefrontsarea,thebiodiversitywasobviouslyincreasedandtheecologicalenvironmentwassteprecovered.EastJuyanhaiLakeistheTail-streamofHeiRiver,timelyandaccuratelyunderstandingthewatersurfaceareaofitisveryimportantforwaterregulationevaluationandecologicalenvironmentrecoveryanalysis.
ThewatersurfaceareaofEastJuyanhaiLakewassurveyedbyfieldartificialmethodnow,whichwasdifficultandthesurveyedresultwaslimitedbylocalconditionofsparsepopulation,desertborderingandhardenvironment.Additionally,itneedsalotofworkandalargeamountofhumanandmaterialresourceswithfieldartificialmethod.Remotesensingisquick,notlimitedbygroundconditionandhaslong-timedynamicmonitoringability,soithassomespecialadvantagesnotbeingreplacedbyothermonitoringmethod.Remotesensingtechnologyhasbeenusedonecologymonitoringandachievedremarkableeffect.Qiao-XixianobtainedLandusedatainthelowerofHeiRiverwithETMimagesandstudieswaterresource,vegetationandecologicalenvironmentrecoveryinEastandWestJuyanhaiLakesafterwaterregulation.Guo-NievaluatedecologicalenvironmentrecoveryeffectafterwaterregulationinHeiRiver.RemoteSensingApplicationCenter&
InstrumentInstitutemonitoredwaterinjectionconditionbasedonMODISimagesafterthefirstwaterregulationin2002.
MODISimageisanimportantdatatodolongperiodtimeandsequentialmonitoringforitisveryconvenienttoobtainedandwithshortrepeatperiod.Howeverwiththelowerresolution,itsinterpretationresulthaslowaccuracy,soithassomedifficultieswhenusedinpractice.Theimageswithhighresolutioncandescribethefeaturesdetailinformationandcanobtainwatersurfaceareaaccuratelytogethighinterpretationprecision,sothewatersurfaceareainterpretedonitcanbeconsideredasatruevaluetoverifytheresultinterpretedbyMODIS.AnalyzingtheinterpretationerrorsbetweentheMODISimageandthehighresolutionimage,ithasabigsignificationfortheMODISimagetodowatersurfaceareamonitoringofEastJuyanhaiLake.
Inthispaper,watersurfaceareaofEastJuyanhaiLakewasinterpretedseparatelybasedonMODISimagesandhighresolutionimages,andtheresultswerecompared.ThewatersurfacemonitoringmethodonEastJuyanhaiLakewasfurtherdiscussedbasedonremotesensingdata.
Figure1Themethodflowmapofthisstudy
2Studydataandarea
EastJuyanhaiLakeliesinthenorthofEejinainAlaskancity,InnerMongoliaAutonomousRregion.Theareaofthelakewas35km2during1928~1932whentheSino-SwedishExpeditionteaminvestigatedwestnorthofChina.Theareawasstill35.5km2by1958.BecausewaterfromtheupperreachesofHeiRiverreduced,EastJuyanhaiLakehadbeendriedupforsixtimessince1949,whichcausedecologicalenvironmentdeterioration.SincewaterisallocatedinHeiRiver,waterofHeiRiverreachedEASTJunyanhaiLakeagainandthewatersurfaceappeared.Theecologicalenvironmenthasbeenrestored.
Tenhighresolutionimageshavebeenusedinthisstudy,includingmulti-banddataofTM,CBERS2andpandataofP5（table1）.TheMODIS1Bdatahavealsobeencollectedinthesamedayofthehighresolutionimages.Besidesthat,theobservedareasofEastJuyanhaibyhydrologic
升级会员 