基于光谱指数的湖泊水体提取方法对比分析

论文总字数：14599字

摘 要

：湖泊是水资源、水力资源的储存地，是研究地表水循环的一个重要载体，对维持水资源及其周围环境的平衡发挥着重要作用。水域面积是湖泊信息主要内容，而遥感技术是水体信息提取的一个重要途径。本文以Landsat7 TM和Landsat8 OLI 作为数据源，利用归一化差异水体指数（NDWI）、改进的水体指数模型NDWI₃、改进归一化差异水体指数（MNDWI）、增强型水体指数（EWI）、新型水体指数（NWI）等水体指数法提取洪泽湖及其附近水体，从而评估水体指数法对水域面积分析水体提取的精度影像。结果显示，五种水体指数法提取的水体面积均值枯水期为2301.61km²，丰水期2660.172km²，其中EWI提取的丰水期水体面积为2592.94km²，枯水期面积为2314.93km²，与文献数据给出的丰水期2619km²和枯水期2430km²相比，面积之差分别为26.06km²和115.07km²，差异比率为10.1％。EWI提取水域面积误差在合理误差范围内，是五种水体指数法中较适合的方法。

关 键 词：洪泽湖，高邮湖，水体指数，水域面积，遥感

Abstract：Lakes are the storage place for water resources and hydraulic resources. They are important carriers for studying the surface water cycle and play an important role in maintaining the balance of water resources and its surrounding environment. Water area is the main content of lake information, and remote sensing technology is an important way to extract water information. In this paper, Landsat7TM and Landsat8 OLI were used as data sources, and the normalized differential water body index (NDWI) and the improved water body index model NDWI₃ were used to improve the normalized difference water body index (MNDWI), enhanced water index (EWI), and new water body. A water index method such as the index (NWI) is used to extract water from Lake Hongze and its vicinity, thereby assessing the precision of water body area analysis by using the water body index method. The results showed that the average water area extracted by the five water body index methods was 2301.61 square kilometers in dry season and 2660.172 square kilometers in high water period. The water area in wet period extracted by EWI was 2592.94 square kilometers, and the dry season area was 2314.93 square kilometers. Compared with the literature data of 2619 square kilometers in wet period and 2430 square kilometers in dry season, the difference in area was 26.06 square kilometers and 115.07 square kilometers respectively, and the difference rate was 10.1%. The error of the area of water extracted by EWI is within a reasonable range of error, which is a suitable method for the five water body index methods.

Keywords：Hongze Lake, Gaoyou Lake, water body index, water area, remote sensing

目录

1 前言 6

1.1研究背景和意义 6

1.2研究进展 6

1.3研究内容和目的 7

2 数据源与研究方法 7

2.1 研究概况 7

2.2 数据获取 8

2.3 数据处理 10

2.4 水体指数法 11

2.4.1 归一化差异水体指数NDWI 11

2.4.2 改进后的水体指数模型NDWI₃ 12

2.4.3 改进归一化差异水体指数MNDWI 12

2.4.4 增强型水体指数EWI 12

2.4.5 新型水体指数NWI 13

3结果分析与讨论 13

3.1结果分析 13

3.1.1不同水体指数提取的水域面积 13

3.1.2精度分析 15

3.2讨论 16

3.2.1不同水体指数对水域面积提取精度的影响 16

3.2.2季节气候变化 17

3.2.3人类活动 17

结 论 18

参考文献 19

致 谢 21

1. 前言

1.1 研究背景和意义

湖泊是自然界中水循环的重要组成部分，气候与降水量的变化可以通过对湖泊水体提取后所得的信息展现出来^[1]。现如今越来越多的人类活动和季节气候变化对湖水产生很多影响，诸如水污染、水匮乏等问题接连出现，且有不断严重的趋势。

我国属于水资源匮乏国家，旱涝情况经常会发生，水资源总量虽多，但由于人口基数庞大，每个人所能拥有的水资源稀少，显得尤其珍贵，如何合理利用水资源、有效保护和监管水资源成为可持续发展的重中之重^[2]。水体面积是水资源情况最直观的表现，水体面积的变化情况对于水资源的管理监控来说变得十分重要。遥感技术指的是不接触目标地物的前提下，接收来自于目标地物的辐射以及反射信息，从而获得地物光谱图像，定量化描述地物位置和数量信息的技术^[3]。遥感技术具有三大特点：①.视野范围广，覆盖面积广；②.信息量丰富的多光谱特性；③.更新周期快的多时相性，经常用于检测湖泊的动态变化、合理规划运用水资源以及湖泊及其附近水域的环境保护与灾害预测等方面^[4]。利用遥感技术提取水体信息以分析水体变化位置信息和湖泊面积变化的剧烈程度，可以分析湖泊水体变化信息，为水资源的保护与管理提供知识理论基础。

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