专利名称：一种基于遥感影像的水体制图产品质量评价方法
技术领域：
本发明属于遥感影像水体制图产品质量评价技术领域，特别是涉及一种基于遥感影像的水体制图产品质量评价方法。
背景技术：
地表水体是全球水循环的重要组成部分，随着水资源紧缺等全球性问题日益严峻，它们的空间和时间分布也日益受到国内外有关研究人员的重视。有关文献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.遥感技术的快速发展使得在较大区域上实时、动态、快速的获取地表水体信息成为可能，并被广泛应用于水体分布制图、水体质量评价和洪水监测等领域。有关文献-.[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.。陆地卫星(Landsat)搭载的专题制图仪(Thematic Mapper, TM)和增强型专题制图仪(Enhanced Thematic Mapper /ETM+)获得的TM/ETM+影像由于其适中的分辨率、长期连续对地观测等优势，已成为研究全球/区域变化的重要基础数据来源，并在地表水体制图方面扮演重要的角色。有关文献Ε. F., N. Ζ. Saleous, and J. L. Privette, Surface Reflectance Earth System Data Record/Climate Data Record White Paper, 2006.
为了快速的从遥感影像上提取地表水体信息，国内外许多研究人员已经提出了多种自动化的水体信息提取算法以改进水体制图的效率和精度。波段阈值法、谱间关系法、归一化水体指数、改进的归一化水体指数法，等众多基于水体光谱特性的自动化水体提取算法的提出，为大规模水体制图产品的生产提供了有力工具。有关文献/^/^^-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，由于云的阴影和山体阴影的光谱特性和水体具有较大的相似性，两者容易被错分为水体，从而降低水体制图产品的精度。 因此，釆用科学的方法评价水体分类制图产品中可能存在的质量问题，不仅是水体制图产品质量改进的必要手段，也是产品使用者的迫切需要。然而，目前有关遥感地表覆盖制图产品质量评价的方法多采用统计学方法，通过实地调查或对比高分辨率影像的方法，采集若干产品质量评价检验样本，在此基础上构建混淆矩阵，计算制图产品的精度指标.有关文献 \ [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.其质量评价结果主要通过一些列精度指标反映，如kappa系数、总体精度、制图精度和用户精度指标等。上述方法的主要局限性在于，单纯通过统计指标能够了解制图产品的总体状况，但无法提供产品质量的空间分布情况，因而不能为制图产品改进提供更为明确的质量信息。且样本选取的成本相对较高，样本的空间布设合理性，样本的大小、同质性都将直接影响评价结果的可靠性。
发明内容
本发明针对现有的遥感制图产品质量评价方法的局限性，发明一种快速、低成本的基于遥感影像的水体制图产品质量评价方法，提供水体制图产品质量的空间分布信息， 为改进水体制图产品质量提供更为明确的建议，同时也为开展全球\区域的水资源变化等研究提供重要的产品精度信息。本发明提供的技术方案是一种基于遥感影像的水体制图产品质量评价方法，所述遥感影像为TM影像或ETM+影像，包括以下步骤
步骤1，通过对用于水体制图的遥感影像进行辐射定标操作，将遥感影像上各像元的灰度值转换成大气层顶反射率，转换后所得图像记为TOA ；
步骤2，从全球SRTM数字高程模型数据中下载水体制图产品对应区域的高程数据，并按照遥感影像的分辨率对高程数据重采样，得到高程数据重采样结果；
步骤3，根据高程数据重采样结果生成水体制图产品对应区域中每个像元的坡度栅格数据，记为SLOPE;
步骤4，将水体制图产品二值化，二值化所得标记值记为Spmiuct ；所述二值化实现方式为，将是水体的像元标记为1，非水体的像元标记为0 ；
步骤5，从步骤1所得图像TOA上计算各像元的归一化水体指数，记为NDWI ； 步骤6，从步骤1所得图像TOA上获取各像元的第七波段值，记为B7 ； 步骤7，根据水体的光谱特性和空间分布特性，分别将每个像元的坡度栅格数据 SLOPE、归一化水体指数NDWI和第七波段值B7划分为4个级别，并根据级别依次记分为 3，2，1，0，将记分结果分别记为Sslope, Sndwi和Sb7 ；
步骤8，计算水体制图产品上每个像元的综合质量分，记为Sqa ；计算公式为Sqa= Sp+100 X Speoduct？胃中 Sp-S B7X Sndwi X Sslope
步骤9，根据水体制图产品上每个像元的综合质量分，生成水体制图产品质量分级评价结果。而且，步骤7中，
坡度栅格数据SLOPE的4个级别具体划分如下，当SL0PE<2时，记分为3 ； 当2彡SL0PE<6时，记分为2 ； 当6彡SL0PE<10时，记分为1 ；>10 当10彡SLOPE时，记分为0 ； 归一化水体指数NDWI的4个级别具体划分如下， 当NDWIX)时，记分为3 ； 当-0. KNDffI彡0时，记分为2 ； 当-0. 3<NDWI彡-0. 1时，记分为1 ； 当NDWI ^ -0. 3时，记分为0。第七波段值B7的4个级别具体划分如下， 当B7<0. 04时，记分为3 ；
当0. 04彡Β7<0· 05时，记分为2 ； 当0. 05 < Β7<0· 07时，记分为1 ； 当0.07彡Β7时，记分为0。而且，步骤9中，将水体制图产品上各像素的质量评价结果从高到低分成8个级别；
当^=127时，为第I级； 当 ^α={118，112，109，108，106}时，为第 II 级； 当 Sqa ={104，103，102，101}时，为第 III 级； 当^ ={100}时，为第IV级； 当^ ={27}时，为第V级； 当 Sqa ={18，12,9,8,6}时，为第 VI 级； 当^ ={4, 3, 2,1}时，为第 VII 级； 当^a=O时，为第VIII级。本发明的技术方案总体上具有简单、快速和低成本的特点，能够在全球/区域尺度开展规模化应用。相对于国内外已有的遥感影像水体制图产品质量评价方法，本发明针对水体在ΤΜ/ΕΤΜ+影像上的光谱特性和坡度分布规律，设计了用于ΤΜ/ΕΤΜ+影像水体制图产品质量评价的评价指标体系；设计了水体制图产品质量评价指标质量分级标准和水体制图产品质量综合评价模型。本发明能够为区域或全球地表水体变化研究提供十分重要的水体制图产品质量信息，进而保证研究结果精度。
图1是本发明的实施例流程图。
具体实施例方式
本发明技术方案可采用计算机软件技术实现自动运行流程。以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。实施例的ΤΜ/ΕΤΜ+水体制图产品质量检查流程见附图1，具体实现过程包括如下步骤
(1)将用于水体制图的ΤΜ/ΕΤΜ+遥感图像经过辐射定标操作，将原始的遥感图像上各像元的DN值(灰度值)转换成大气层顶反射率(Top of the Atmosphere (TOA) reflectance)，记 TOA0所述辐射定标操作的具体实现为，根据定标公式计算，先求取辐射亮度值Z，然后根据辐射亮度值Z求取大气层顶反射率P，定标公式如下
权利要求
1.一种基于遥感影像的水体制图产品质量评价方法，所述遥感影像为TM影像或ETM+ 影像；其特征是，包括以下步骤步骤1，通过对用于水体制图的遥感影像进行辐射定标操作，将遥感影像上各像元的灰度值转换成大气层顶反射率，转换后所得图像记为TOA ；步骤2，从全球SRTM数字高程模型数据中下载水体制图产品对应区域的高程数据，并按照遥感影像的分辨率对高程数据重采样，得到高程数据重采样结果；步骤3，根据高程数据重采样结果生成水体制图产品对应区域中每个像元的坡度栅格数据，记为SLOPE;步骤4，将水体制图产品二值化，二值化所得标记值记为Spmiuct ；所述二值化实现方式为，将是水体的像元标记为1，非水体的像元标记为0 ；步骤5，从步骤1所得图像TOA上计算各像元的归一化水体指数，记为NDWI ； 步骤6，从步骤1所得图像TOA上获取各像元的第七波段值，记为B7 ； 步骤7，根据水体的光谱特性和空间分布特性，分别将每个像元的坡度栅格数据 SLOPE、归一化水体指数NDWI和第七波段值B7划分为4个级别，并根据级别依次记分为 3，2，1，0，将记分结果分别记为Sslope, Sndwi和Sb7 ；步骤8，计算水体制图产品上每个像元的综合质量分，记为Sqa ；计算公式为Sqa= Sp+100 X Speoduct？胃中 Sp-S B7X Sndwi X Sslope步骤9，根据水体制图产品上每个像元的综合质量分，生成水体制图产品质量分级评价结果。
2.根据权利要求1所述基于遥感影像的水体制图产品质量评价方法，其特征是步骤7中，坡度栅格数据SLOPE的4个级别具体划分如下，当SL0PE<2时，记分为3 ；当2<=SL0PE<6时，记分为2 ；当6<=SL0PE<10时，记分为1 ；>10当10<=SLOPE时，记分为0 ；归一化水体指数NDWI的4个级别具体划分如下，当NDWIX)时，记分为3 ；当-0. KNDffI<=0时，记分为2 ；当-0. 3<NDWI<=-0. 1时，记分为1 ；当NDWI <=-0. 3时，记分为0 ；第七波段值B7的4个级别具体划分如下，当B7<=0. 04时，记分为3 ；当0. 04<=Β7<0· 05时，记分为2 ；当0. 05 <= Β7<0· 07时，记分为1 ；当0.07<=Β7时，记分为0。
3.根据权利要求2所述基于遥感影像的水体制图产品质量评价方法，其特征是步骤9 中，将水体制图产品上各像素的质量评价结果从高到低分成8个级别；当^=127时，为第I级；当 ^a={118，112，109，108，106}时，为第 II 级； 当 Sqa ={104，103，102，101}时，为第 III 级； 当^ ={100}时，为第IV级； 当^ ={27}时，为第V级； 当 Sqa ={18，12,9,8,6}时，为第 VI 级； 当^ ={4, 3, 2,1}时，为第 VII 级； 当^a=O时，为第VIII级。
全文摘要
本发明提出一种基于遥感影像的水体制图产品质量评价方法。该方法对用于水体制图的遥感影像进行辐射定标操作，然后获取各像元的归一化水体指数和第七波段值；从全球SRTM数字高程模型数据中下载制图产品对应区域的高程数据，并按照遥感影像的分辨率对高程数据重采样，根据高程数据重采样结果生成每个像元的坡度栅格数据；将水体制图产品二值化，记录二值化所得标记值；综合归一化水体指数和第七波段值、坡度栅格数据，根据标记值获得质量评价结果。
文档编号G06T7/00GK102540169SQ20121000652
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者刘中秋, 刘殿锋, 刘耀林, 刘艳芳, 王 华, 赵翔, 马潇雅 申请人:武汉大学