高分辨率遥感影像的城市水体自动提取方法研究

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近十几年来,随着我国城市化进程的日益加剧,生态与环境问题越来越突出,准确获取城市水体的分布信息对研究城市生态与环境具有非常重大的意义。而随着遥感技术的不断进步,遥感影像的分辨率逐步提高,高空间分辨率遥感提供了更加准确的城市水体信息分布信息,已成为快速而准确的城市水体制图的重要手段。然而,高分辨率影像光谱信息少,城市水体的光谱异常以及大量的建筑物阴影为城市水体的自动化精确提取带来了极大的挑战。如何更好的表征城市水体的光谱特点以及消除建筑物阴影的影响,是实现对该地区水体信息自动化提取的关键,这也正是本文研究的主要内容。  在现有的遥感水体提取的算法中,水体指数法具有方便快捷等特点,因而被广泛使用。但是对于城市区域的高分影像,由于光谱信息少以及城市场景过于复杂,利用现有的水体指数方法不能实现城市水体的精确制图。为此,本文基于城市水体的光谱特征,提出了一个新的水体指数,能够有效地提高城市中水体提取的精度。此外,城市区域存在大量高层建筑,在高空间分辨率遥感影像中,建筑物阴影同水体的光谱特极为相似,利用水体指数的方法不能有效的区分建筑物阴影和城市水体。为此,本文提出了一种基于光谱和几何特征的建筑物阴影自动检测算法,并将其与新水体指数相结合,实现了自动化城市水体提取。  本文选择四个不同地理环境的城市(新疆阿克苏,福建福州,湖北武汉,安徽淮南)作为实验区域,并针对性地选取了现有水体提取算法中常出现漏提和误提的细小河流,富营养化池塘和污染的湖泊进行了验证实验。为了与其他方法做比对,本文选用了广泛使用的水体指数法NDWI以及NDWI结合自动化阴影检测算法分别与所提出的方法进行了对比。从这四个实验区域的结果可以看出,无论从Kappa精度的角度,还是从漏分和误分误差的角度分析,本文所提出的算法精度明显高于NDWI法和NDWI结合自动化阴影检测算法。因此,该算法可以用来进行自动,快速而又准确的城市水体遥感制图。
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