專利名稱：一種基于遙感影像的水體制圖產品質量評價方法
技術領域：
本發明屬于遙感影像水體制圖產品質量評價技術領域，特別是涉及一種基于遙感影像的水體制圖產品質量評價方法。
背景技術：
地表水體是全球水循環的重要組成部分，隨著水資源緊缺等全球性問題日益嚴峻，它們的空間和時間分布也日益受到國內外有關研究人員的重視。有關文獻s.， et al.，Water body mapping method with HJ-1A/B satellite imagery. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation，2011. 13 (3): p. 428-434.遙感技術的快速發展使得在較大區域上實時、動態、快速的獲取地表水體信息成為可能，并被廣泛應用于水體分布制圖、水體質量評價和洪水監測等領域。有關文獻-.[2] Cai, Y. L., et al., Mapping of water body in Poyang lake from partial spectral unmixing of MODIS data. IGARSS 2005: IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Vols 1_8，Proceedings2005. 4539-4540. [3]Nikolakopoulos, K. G., V. Karathanassi, and D. Rokos, Hyperspectral data and methods for coastal water mapping, in Remote Sensing for Agriculture，Ecosystems， and Hydrology VIII，M. Owe, et al., Editors. 2006. p. U101-U110. [4]Luo, J. C., et al., HIGH-PRECISE WATER EXTRACTION BASED ON SPECTRAL-SPATIAL COUPLED REMOTE SENSING INFORMATION. 2010 Ieee International Geoscience and Remote Sensing Symposium2010. 2840-2843.。陸地衛星(Landsat)搭載的專題制圖儀(Thematic Mapper, TM)和增強型專題制圖儀(Enhanced Thematic Mapper /ETM+)獲得的TM/ETM+影像由于其適中的分辨率、長期連續對地觀測等優勢，已成為研究全球/區域變化的重要基礎數據來源，并在地表水體制圖方面扮演重要的角色。有關文獻Ε. F., N. Ζ. Saleous, and J. L. Privette, Surface Reflectance Earth System Data Record/Climate Data Record White Paper, 2006.
為了快速的從遙感影像上提取地表水體信息，國內外許多研究人員已經提出了多種自動化的水體信息提取算法以改進水體制圖的效率和精度。波段閾值法、譜間關系法、歸一化水體指數、改進的歸一化水體指數法，等眾多基于水體光譜特性的自動化水體提取算法的提出，為大規模水體制圖產品的生產提供了有力工具。有關文獻/^/^^-⑵力G., NDVI-A normalized difference water index for remote sensing of vegetation liquid water from space. Remote Sensing of Environment， 1996. 58(3): p. 257-266· [7] Xu，H. Q.，Modification of normalised difference water index (NDVI) to enhance open water features in remotely sensed imagery. In terna tional Journal of Remote Sensing，2006. 27(14): p. 3025-3033.然而，由于云的陰影和山體陰影的光譜特性和水體具有較大的相似性，兩者容易被錯分為水體，從而降低水體制圖產品的精度。 因此，釆用科學的方法評價水體分類制圖產品中可能存在的質量問題，不僅是水體制圖產品質量改進的必要手段，也是產品使用者的迫切需要。然而，目前有關遙感地表覆蓋制圖產品質量評價的方法多采用統計學方法，通過實地調查或對比高分辨率影像的方法，采集若干產品質量評價檢驗樣本，在此基礎上構建混淆矩陣，計算制圖產品的精度指標.有關文獻 \ [8]Stehman, S. K and R. L. Czaplewskif Design and Analysis for Thema tic Map Accuracy Assessment: Fundamental Principles. Remote Sensing of Environment， 1998. 64(3): a 331-344· [9]Yang，L，et al·，Thematic accuracy of MRLC land cover for the eastern United States. Remote Sensing of Environment， 2001. 76(3): p. 418-422.其質量評價結果主要通過一些列精度指標反映，如kappa系數、總體精度、制圖精度和用戶精度指標等。上述方法的主要局限性在于，單純通過統計指標能夠了解制圖產品的總體狀況，但無法提供產品質量的空間分布情況，因而不能為制圖產品改進提供更為明確的質量信息。且樣本選取的成本相對較高，樣本的空間布設合理性，樣本的大小、同質性都將直接影響評價結果的可靠性。

發明內容
本發明針對現有的遙感制圖產品質量評價方法的局限性，發明一種快速、低成本的基于遙感影像的水體制圖產品質量評價方法，提供水體制圖產品質量的空間分布信息， 為改進水體制圖產品質量提供更為明確的建議，同時也為開展全球\區域的水資源變化等研究提供重要的產品精度信息。本發明提供的技術方案是一種基于遙感影像的水體制圖產品質量評價方法，所述遙感影像為TM影像或ETM+影像，包括以下步驟
步驟1，通過對用于水體制圖的遙感影像進行輻射定標操作，將遙感影像上各像元的灰度值轉換成大氣層頂反射率，轉換后所得圖像記為TOA ；
步驟2，從全球SRTM數字高程模型數據中下載水體制圖產品對應區域的高程數據，并按照遙感影像的分辨率對高程數據重采樣，得到高程數據重采樣結果；
步驟3，根據高程數據重采樣結果生成水體制圖產品對應區域中每個像元的坡度柵格數據，記為SLOPE;
步驟4，將水體制圖產品二值化，二值化所得標記值記為Spmiuct ；所述二值化實現方式為，將是水體的像元標記為1，非水體的像元標記為0 ；
步驟5，從步驟1所得圖像TOA上計算各像元的歸一化水體指數，記為NDWI ； 步驟6，從步驟1所得圖像TOA上獲取各像元的第七波段值，記為B7 ； 步驟7，根據水體的光譜特性和空間分布特性，分別將每個像元的坡度柵格數據 SLOPE、歸一化水體指數NDWI和第七波段值B7劃分為4個級別，并根據級別依次記分為 3，2，1，0，將記分結果分別記為Sslope, Sndwi和Sb7 ；
步驟8，計算水體制圖產品上每個像元的綜合質量分，記為Sqa ；計算公式為Sqa= Sp+100 X Speoduct？胃中 Sp-S B7X Sndwi X Sslope
步驟9，根據水體制圖產品上每個像元的綜合質量分，生成水體制圖產品質量分級評價結果。而且，步驟7中，
坡度柵格數據SLOPE的4個級別具體劃分如下，當SL0PE<2時，記分為3 ； 當2彡SL0PE<6時，記分為2 ； 當6彡SL0PE<10時，記分為1 ；>10 當10彡SLOPE時，記分為0 ； 歸一化水體指數NDWI的4個級別具體劃分如下， 當NDWIX)時，記分為3 ； 當-0. KNDffI彡0時，記分為2 ； 當-0. 3<NDWI彡-0. 1時，記分為1 ； 當NDWI ^ -0. 3時，記分為0。第七波段值B7的4個級別具體劃分如下， 當B7<0. 04時，記分為3 ；
當0. 04彡Β7<0· 05時，記分為2 ； 當0. 05 < Β7<0· 07時，記分為1 ； 當0.07彡Β7時，記分為0。而且，步驟9中，將水體制圖產品上各像素的質量評價結果從高到低分成8個級別；
當^=127時，為第I級； 當 ^α={118，112，109，108，106}時，為第 II 級； 當 Sqa ={104，103，102，101}時，為第 III 級； 當^ ={100}時，為第IV級； 當^ ={27}時，為第V級； 當 Sqa ={18，12,9,8,6}時，為第 VI 級； 當^ ={4, 3, 2,1}時，為第 VII 級； 當^a=O時，為第VIII級。本發明的技術方案總體上具有簡單、快速和低成本的特點，能夠在全球/區域尺度開展規模化應用。相對于國內外已有的遙感影像水體制圖產品質量評價方法，本發明針對水體在ΤΜ/ΕΤΜ+影像上的光譜特性和坡度分布規律，設計了用于ΤΜ/ΕΤΜ+影像水體制圖產品質量評價的評價指標體系；設計了水體制圖產品質量評價指標質量分級標準和水體制圖產品質量綜合評價模型。本發明能夠為區域或全球地表水體變化研究提供十分重要的水體制圖產品質量信息，進而保證研究結果精度。


圖1是本發明的實施例流程圖。
具體實施例方式
本發明技術方案可采用計算機軟件技術實現自動運行流程。以下結合附圖和實施例詳細說明本發明技術方案。實施例的ΤΜ/ΕΤΜ+水體制圖產品質量檢查流程見附圖1，具體實現過程包括如下步驟
(1)將用于水體制圖的ΤΜ/ΕΤΜ+遙感圖像經過輻射定標操作，將原始的遙感圖像上各像元的DN值(灰度值)轉換成大氣層頂反射率(Top of the Atmosphere (TOA) reflectance)，記 TOA0所述輻射定標操作的具體實現為，根據定標公式計算，先求取輻射亮度值Z，然后根據輻射亮度值Z求取大氣層頂反射率P，定標公式如下
權利要求
1.一種基于遙感影像的水體制圖產品質量評價方法，所述遙感影像為TM影像或ETM+ 影像；其特征是，包括以下步驟步驟1，通過對用于水體制圖的遙感影像進行輻射定標操作，將遙感影像上各像元的灰度值轉換成大氣層頂反射率，轉換后所得圖像記為TOA ；步驟2，從全球SRTM數字高程模型數據中下載水體制圖產品對應區域的高程數據，并按照遙感影像的分辨率對高程數據重采樣，得到高程數據重采樣結果；步驟3，根據高程數據重采樣結果生成水體制圖產品對應區域中每個像元的坡度柵格數據，記為SLOPE;步驟4，將水體制圖產品二值化，二值化所得標記值記為Spmiuct ；所述二值化實現方式為，將是水體的像元標記為1，非水體的像元標記為0 ；步驟5，從步驟1所得圖像TOA上計算各像元的歸一化水體指數，記為NDWI ； 步驟6，從步驟1所得圖像TOA上獲取各像元的第七波段值，記為B7 ； 步驟7，根據水體的光譜特性和空間分布特性，分別將每個像元的坡度柵格數據 SLOPE、歸一化水體指數NDWI和第七波段值B7劃分為4個級別，并根據級別依次記分為 3，2，1，0，將記分結果分別記為Sslope, Sndwi和Sb7 ；步驟8，計算水體制圖產品上每個像元的綜合質量分，記為Sqa ；計算公式為Sqa= Sp+100 X Speoduct？胃中 Sp-S B7X Sndwi X Sslope步驟9，根據水體制圖產品上每個像元的綜合質量分，生成水體制圖產品質量分級評價結果。
2.根據權利要求1所述基于遙感影像的水體制圖產品質量評價方法，其特征是步驟7中，坡度柵格數據SLOPE的4個級別具體劃分如下，當SL0PE<2時，記分為3 ；當2<=SL0PE<6時，記分為2 ；當6<=SL0PE<10時，記分為1 ；>10當10<=SLOPE時，記分為0 ；歸一化水體指數NDWI的4個級別具體劃分如下，當NDWIX)時，記分為3 ；當-0. KNDffI<=0時，記分為2 ；當-0. 3<NDWI<=-0. 1時，記分為1 ；當NDWI <=-0. 3時，記分為0 ；第七波段值B7的4個級別具體劃分如下，當B7<=0. 04時，記分為3 ；當0. 04<=Β7<0· 05時，記分為2 ；當0. 05 <= Β7<0· 07時，記分為1 ；當0.07<=Β7時，記分為0。
3.根據權利要求2所述基于遙感影像的水體制圖產品質量評價方法，其特征是步驟9 中，將水體制圖產品上各像素的質量評價結果從高到低分成8個級別；當^=127時，為第I級；當 ^a={118，112，109，108，106}時，為第 II 級； 當 Sqa ={104，103，102，101}時，為第 III 級； 當^ ={100}時，為第IV級； 當^ ={27}時，為第V級； 當 Sqa ={18，12,9,8,6}時，為第 VI 級； 當^ ={4, 3, 2,1}時，為第 VII 級； 當^a=O時，為第VIII級。
全文摘要
本發明提出一種基于遙感影像的水體制圖產品質量評價方法。該方法對用于水體制圖的遙感影像進行輻射定標操作，然后獲取各像元的歸一化水體指數和第七波段值；從全球SRTM數字高程模型數據中下載制圖產品對應區域的高程數據，并按照遙感影像的分辨率對高程數據重采樣，根據高程數據重采樣結果生成每個像元的坡度柵格數據；將水體制圖產品二值化，記錄二值化所得標記值；綜合歸一化水體指數和第七波段值、坡度柵格數據，根據標記值獲得質量評價結果。
文檔編號G06T7/00GK102540169SQ20121000652
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者劉中秋, 劉殿鋒, 劉耀林, 劉艷芳, 王 華, 趙翔, 馬瀟雅 申請人:武漢大學