DB1507 T 89-2023 《呼伦贝尔湖泊河流水库水体面积遥感监测规范》.pdf

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1、ICS 07.060CCS A 471507呼伦贝尔市地方标准DB1507/T892023呼伦贝尔湖泊 河流 水库 水体面积遥感监测规范Remote sensing monitoring and assessment of lake/river/reservoir water areain Hulunbuir2023-11-13 发布2023-12-13 实施呼伦贝尔市市场监督管理局 发 布DB1507/T892023I目次前言.II1 范围.12 规范性引用文件.13 术语和定义.14 卫星遥感数据预处理.15 水体面积监测技术.2附录 A（资料性）常用静止卫星、极轨卫星类型.6附录 B（资

2、料性）葵花 9 静止卫星（可见光、红外扫描辐射计）通道参数.7附录 C（资料性）MODIS 中分辨率成像光谱仪通道参数.8附录 D（资料性）FY3/MERSI 中分辨率光谱成像仪通道参数.10附录 E（资料性）LANDSAT TM/ETM+光谱成像仪通道参数.11附录 F（资料性）LANDSAT 8/OLI 光谱成像仪通道参数.12附录 G（资料性）HJ-1A/B CCD 传感器通道参数.13附录 H（资料性）GF1、GF2、GF6 高分辨率光谱成像仪通道参数.14附录 I（资料性）常见卫星影像水体面积提取指数.15附录 J（规范性）湖泊、河流、水库、水体野外调查记录表.16参考文献.17DB

3、1507/T892023II前言本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由呼伦贝尔市气象局提出并归口。本文件起草单位：呼伦贝尔市气象局、清水河气象局。本文件主要起草人：吴昊、徐智、董越、刘凌峰、吴捷、曲学斌。DB1507/T8920231呼伦贝尔湖泊 河流 水库 水体面积遥感 监测规范1范围本文件规定了利用卫星资料提取呼伦贝尔湖泊、河流、水库、水体面积遥感监测的卫星遥感数据预处理和水体面积监测。本文件适用于呼伦贝尔湖泊、河流、水库、水体面积遥感监测、科研及水旱灾害应急服务等相关工作。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引

4、用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 15968 遥感影像平面图制作规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1图像增强image enhancement将原来不清晰的图像变得清晰或强调某些关注的特征，抑制非关注的特征，使之改善图像的质量、丰富信息量，加强图像判读和指示效果的图像处理方法。3.2真彩色合成true color synthesis多光谱遥感图像彩色合成处理时，如参与合成的三波段波长与对应的红、绿、蓝三种原色波长相同或近似，合成图像的颜色就会近似于地面景物

5、的真实颜色。3.3假彩色合成false color synthesis多光谱遥感图像彩色合成处理时，如参与合成的三波段波长与对应的红、绿、蓝三种原色波长不同，那么合成图像的颜色就不是地面景物的真实颜色而得到的假彩色合成图像。3.4标准假彩色合成standard false color synthesis彩色合成中，近红外波段对应红色，红光波段对应于绿色，绿光波段对应于蓝色，得到标准假彩色合成图像。3.5遥感图像解译remote sensing image interpretation根据图像的几何特征和物理性质来识别其代表的物体或现象的过程，分为非监督分类和监督分类。4卫星遥感数据预处理DB1

6、507/T89202324.1图像纠正遥感图像获取后，根据湖泊、河流、水库、水体面积的研究进行去噪声、辐射校正、大气校正和正射影像等图像预处理工作。操作过程和方法符合GB/T 15968的规定。4.2图像增强、拼接和剪裁4.2.1图像增强经过图像纠正后的影像，采用线性灰度拉伸的方式进行图像增强，或根据图像特征也可以采用其他方式进行图像增强。4.2.2图像的拼接和剪裁图像的拼接和剪裁的处理要求如下：a)相邻的两景或两景以上影像（影像应具备重叠区域），拼接成为完整的研究区，对于两景色差较大影像进行拼接时，应对影像进行色调调整，使拼接后影像具有一致性；b)按照研究区域的矢量数据进行剪裁；c)剪裁后，

7、按照湖泊、河流、水库、水体面积的研究方法进行水体面积提取。5水体面积监测技术5.1监测手段利用静止卫星、极轨卫星等遥感监测资料对湖泊、河流、水库水体进行动态监测（常用静止卫星、极轨卫星参见附录A）。5.2监测条件可支持遥感数据的下载、整理、分析等的硬件设备和专业技术人员，同时还应具备遥感图像处理软件、地理信息系统图像处理分析软件以及相关数据存储功能的设备。5.3遥感图像计算机解译监测方法5.3.1静止卫星呼伦贝尔的湖泊、河流、水库、水体面积监测，采用经验阈值法提取，主要采用葵花9卫星提取，尽可能采用晴空数据，空间分辨率为500m（参见附录B），根据葵花9卫星第三通道地表反射率小于0.05的阈值

8、提取湖泊、河流、水库、水体面积。5.3.2极轨卫星5.3.2.1中分辨率成像光谱仪监测呼伦湖等（面积100km2）湖泊、河流、水库、水体面积，采用经验阈值法或植被指数法，同时尽可能采用晴空数据，空间分辨率为250m（极轨卫星相关参数参见附录C和附录D）。应用中分辨率成像光谱仪（MODIS-Terra/Aqua或FY3-MERSI）监测湖泊、河流、水库、水体面积，采用经验阈值法或归一化差异指数法。其中经验阈值法模型见公式（1），植被指数0像元判为水体。1 2 0&2 0.12(1)DB1507/T8920233式中：B1中分辨率成像光谱仪的可见光通道第 1 通道的地表反射率；B2中分辨率成像光谱

9、仪的可见光通道第2通道的地表反射率。5.3.2.2资源卫星主要是用来检测面积100km2，也可用于区域跨度较小遥感面积监测，采用经验阈值法或水体指数法或归一化差异水体指数法，同时尽可能采用晴空数据（相关参数及水体指数模型参见附录EI）。美国陆地卫星资料监测湖泊、河流、水库、水体面积，采用经验阈值法或归一化差异水体指数法。其中归一化差异水体指数法见公式（2），进行提取。0.17,0.19&0.20,0.22(2)式中：ZTMLANDSAT TM 卫星归一化差异水体指数；Z LANDSAT8/OLI 卫星归一化差异水体指数。环境减灾卫星资料监测湖泊、河流、水库、水体面积，采用经验阈值法或归一化差异

10、水体指数法进行提取。其中归一化差异水体指数Z参考值域为0即为水体。其经验阈值法提取阈值见公式（3），进行提取。4 2 0.9&4 0.05(3)式中：B4环境减灾卫星 CCD 传感器第 4 通道的地表反射率；B2环境减灾卫星CCD传感器第2通道的地表反射率。高分一号、高分二号、高分六号监测湖泊、河流、水库、水体面积，在地势平坦地区采用归一化差异水体指数法进行提取，其归一化差异水体指数值域0即为水体。在阴影区，采用阴影区归一化差异水体指数，其区分水体和阴影信息提取湖泊、河流、水库、水体面积计算方法见公式（4），进行提取。当SWI0.03时，即为水体。SWI=+(4)式中：SWI归一化差异水体指数

11、；Rblue高分一号、高分二号、高分六号卫星 CCD 传感器蓝光地表反射率；Rgreen高分一号、高分二号、高分六号卫星 CCD 传感器绿光地表反射率；Rnir 高分一号、高分二号、高分六号卫星 CCD 传感器近红外地表反射率；Z太阳高度角。5.4目视解译监测方法5.4.1直接判读法主要利用假彩色合成的方法。尽可能采用标准假彩色合成，合成后水体呈现黑色、蓝色和绿色（取决于水的深度以及水中所含的杂质），植被呈红色。利用该特征，通过专业人员的观察获取水体面积。5.4.2多源地物分类识别法DB1507/T8920234根据直接判读法提取创建水体特征文件。利用水体特征文件的波谱信息对遥感图像进行要素样

12、本分析。利用最大似然分类方法，即根据最大似然比贝叶斯判决准则法建立非线性判别函数集，选择训练区，计算各待分类样区的归属概率见公式（5），进行分类。P =(5)式中：A水体要素分类；B非水体要素分类。5.5水体面积计算方法湖泊、河流、水库、水体二值图数据中所有水体像元总数和单个像元面积的乘积，即为湖泊、河流、水库、水体面积，其具体技术方法见公式（6）。S=P R(6)式中：S湖泊、河流、水库、水体面积；P水体像元总数；R某种卫星资料的像元面积，其技术方法见公式（7）。R=A A(7)式中：A卫星的空间分辨率，空间分辨率的单位应转化为 km2。5.6水体面积变化时序特征判别方法对于监测时长超过10

13、年的水体面积时序分析其面积变化强度时，应采用面积变化强度公式进行分析，其水体面积动态变化率见公式（8）。当K0时表示面积扩张，K0表示面积缩减，当K1时表示湖泊面积变动剧烈。K=1 100%(8)式中：K 水体面积动态变化率；Sb截止研究年；Sa初始年；初始年和截止年的时间间隔。5.7监测流程静止卫星、极轨卫星水体面积遥感监测（符合附录I和附录J的要求）：a)资料选择 510 月期间，选择白天晴空卫星遥感资料，尽可能选择星下点附近资料；b)资料预处理，通过真彩色合成检查图像质量，经过图像纠正、图像增强、拼接、剪裁进行预处理；DB1507/T8920235c)投影处理主要处理多通道数据集，生成投

14、影图像文件；d)数据提取，通过遥感水体监测方法，对遥感数据集进行分析、提取；e)服务应用，对提取的水体面积，进行计算、行政边界和经纬度网格叠加、服务产品制作和发布；f)数据入库，将服务产品和湖泊、河流、水库、水体面积数据统一存入数据库。DB1507/T8920236附录A（资料性）常用静止卫星、极轨卫星类型常用静止卫星、极轨卫星类型：a)静止卫星主要包括 FY2C、FY2E 和葵花 9 卫星；b)极轨卫星主要包括中分辨率成像仪卫星和资源卫星。中分辨率成像仪卫星主要包括 MODISTerra/Aqua、FY3 卫星；资源卫星主要包括美国陆地卫星（LANDSAT TM5、LANDSAT ETM+、

15、LANDSAT8 OLI）、环境减灾星（HJ-1A/B）和高分系列卫星（GF1、GF2 和 GF6）。DB1507/T8920237附录B（资料性）葵花 9 静止卫星（可见光、红外扫描辐射计）通道参数表B.1给出了葵花9静止卫星（可见光、红外扫描辐射计）通道参数。表 B.1 通道参数表通道波长m波段空间分辨率m10.46可见光100020.51可见光100030.64可见光50040.86近红外100051.6短波红外200062.3短波红外200073.9中红外200086.2远红外200097.0远红外2000107.3远红外2000118.6远红外2000129.6远红外20001310

16、.4热红外20001411.2热红外20001512.3热红外20001613.3热红外2000DB1507/T8920238附录C（资料性）MODIS 中分辨率成像光谱仪通道参数表C.1给出了MODIS中分辨率成像光谱仪通道参数。表 C.1 通道参数表通道波长m波段空间分辨率m10.620.67可见光25020.8410.876可见光25030.4590.479可见光50040.5450.565可见光50051.2301.250近红外50061.6281.652短波红外50072.1052.155短波红外50080.4050.420可见光100090.4380.448可见光1000100.4

17、830.493可见光1000110.5260.536可见光1000120.5460.556可见光1000130.6620.672可见光1000140.6730.683可见光1000150.7430.753可见光1000160.8620.877近红外1000170.8900.920近红外1000180.9510.941近红外1000190.9150.965中波红外1000203.6603.840中波红外1000213.9293.989中波红外1000223.9293.989中波红外1000234.0204.080中波红外1000244.4334.498中波红外1000254.4824.549短波

18、红外1000261.3601.390中波红外1000276.5356.895中波红外1000287.1757.475中波红外1000298.4008.700中波红外1000309.5809.880远红外10003110.78011.280远红外1000DB1507/T8920239表C.1通道参数表（续）通道波长m波段空间分辨率m3211.77012.270远红外10003313.18513.485远红外10003413.48513.485远红外10003513.78514.085远红外10003614.08514.385远红外1000DB1507/T89202310附录D（资料性）FY3/M

19、ERSI 中分辨率光谱成像仪通道参数表D.1给出了FY3/MERSI中分辨率成像光谱仪通道参数。表 D.1 通道参数表通道波长m波段空间分辨率m10.420.52可见光25020.500.60可见光25030.600.70可见光25040.8150.915可见光25058.7513.75可见光100061.591.69远红外100072.082.18短波红外100080.3920.432短波红外100090.4230.463可见光1000100.470.51可见光1000110.500.54可见光1000120.5450.585可见光1000130.630.67可见光1000140.6650.

20、705可见光1000150.7450.785可见光1000160.8450.885近红外1000170.8850.925近红外1000180.920.96近红外1000190.961.00近红外-201.011.08中红外-DB1507/T89202311附录E（资料性）LANDSAT TM/ETM+光谱成像仪通道参数表E.1给出了LANDSAT TM/ETM+（光谱成像仪）通道参数。表 E.1 通道参数表通道波长m波段空间分辨率m10.450.52可见光3020.520.60可见光3030.630.69可见光3040.760.90近红外3051.551.75中红外30610.4012.50远

21、红外3072.092.35中红外3080.520.90全色15DB1507/T89202312附录F（资料性）LANDSAT 8/OLI 光谱成像仪通道参数表F.1给出了LANDSAT 8/OLI光谱成像仪通道参数。表 F.1 通道参数表通道波长m波段空间分辨率m10.4330.453可见光3020.4500.515可见光3030.5250.600可见光3040.6300.680可见光3050.8450.885近红外3061.5601.660短波红外3072.1002.300短波红外3080.5000.680可见光1591.3601.390可见光301010.6011.19远红外1001111

22、.5012.51远红外100DB1507/T89202313附录G（资料性）HJ-1A/B CCD 传感器通道参数表G.1给出了HJ-1A/B CCD 传感器通道参数。表 G.1 通道参数表通道波长m波段空间分辨率m10.430.52可见光3020.520.60可见光3030.630.69可见光3040.760.90近红外30DB1507/T89202314附录H（资料性）GF1、GF2、GF6 高分辨率光谱成像仪通道参数表H.1、H.2和表H.3给出了GF1、GF2、GF6高分辨率光谱成像仪通道参数。表 H.1 GF1 通道参数表载荷通道波长m空间分辨率m全色多光谱相机10.450.9022

23、0.450.52830.520.5940.630.6950.770.89多光谱相机60.450.521670.520.5980.630.6990.770.89表 H.2 GF2 通道参数表载荷通道波长m空间分辨率m全色多光谱相机10.450.90120.450.52430.520.5940.630.6950.770.89表 H.3 GF6 通道参数表载荷通道波长m空间分辨率m全色多光谱相机10.450.90220.450.52830.520.6040.630.6950.760.90DB1507/T89202315附录I（资料性）常见卫星影像水体面积提取指数I.1归一化植被指数利用植被在红光通道

24、和近红外通道的组合来定义植被指数，表征植被生长状况和发育情况重要物理量。定义为：NDVI=212+1(I.1)式中：NDVI归一化植被指数；B2波长在 0.84m0.875m 的近红外波段的地表反射率；B1波长在 0.62m0.67m 的红光波段的地表反射率。I.2归一化水体指数利用近红外波段和短波红外波段的反差突出影像中的水体信息。由于植被在近红外波段的反射率最强，可采用近红外波段与短波红外波段的比值最大程度抑制植被信息，建立水体识别指数。定义为：NDWI=454+5(I.2)式中：NDWI归一化水体指数；B4波长在 0.85m0.88m 近红外波段的地表反射率；B5波长在 1.55m1.8

25、5m 短波红外波段的地表反射率。DB1507/T89202316附录J（规范性）湖泊、河流、水库、水体野外调查记录表表J.1给出了湖泊、河流、水库、水体野外调查记录用表。表 J.1 湖泊、河流、水库、水体野外调查记录表年月日时间：天气：采样地点采样编号经度纬度海拔高度照片编号水体类型无人机照片编号水体名称水体特征水温PH值水色所属水系气温透明度水深水体光谱编号备注采样人员：记录人员：DB1507/T89202317参考文献1DB63/T 1680 高原湖泊、水库水体面积遥感监测规范2刘玉洁,杨忠东,等.MODIS遥感信息处理原理与算法M.科学出版社.20013Chen C.Signal and

26、 Image Processing for Remote SensingM.Taylor and Francis;CRC Press:2010-12-124赵英时.遥感应用分析原理与方法M.科学出版社，20035 刘 军 彦,王 世 杰.基 于 ICESat-2 卫 星 测 高 数 据 的 呼 伦 湖 水 位 变 化 监 测 J/OL.干 旱 区 研究:1-92023-09-136王志国,王楠,黄平平,等.基于遥感数据的岱海水体面积时空演变监测方法研究J.西部资源,2022(05):25-277周斌,李航,李晶,等.高分一号遥感数据的水体面积监测J.测绘与空间地理信息,2022,45(09):13-168孟宝平,崔霞,杨淑霞,等.基于Landsat 8 OLI和MODIS数据的高寒草地盖度升尺度效应研究以夏河县桑科草原试验区为例J.草业学报,2016,25(07):1-129黄李东,叶爱中,张疋亥,等.近30年中国典型区域水体面积变化与归因J.南水北调与水利科技,2019,17(06):138-147+18610简兴,陈鸿,邢忠亚,等.利用遥感技术提取水体面积时水体类型对阈值的影响J.科学技术与工程,2014,14(18):267-270+27411杨忠恩,骆剑承,徐鹏炜.应用模糊数学方法提取水体面积信息J.气象,1995(04):46-49