基于遙感數據對洞庭湖水體動態監測

趙 鑫，蘇佳凱

(1.佳木斯氣象衛星地面站，黑龍江佳木斯154007;2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

0 引 言

風云三號氣象衛星是為了滿足中國天氣預報、氣候預測和環境監測等方面的迫切需求建設的第二代極軌氣象衛星，由3 顆衛星組成(FY—3A 衛星、FY—3B 衛星、FY—3C 衛星)。FY—3A 衛星和FY—3B 衛星于2008 年5 月27 日和2011 年5 月26 日正式投入使用。FY—3C 衛星于2014 年5 月5 日正式投入使用，用于接替FY—3A 星，同FY—3B 星一起形成上、下午星組網觀測，進一步提升我國對全球大氣、陸地和海洋的監測能力。

利用遙感監測技術，對大面積的水體進行動態監測，即可以快速的、準確地監測到水體的情況，亦可以減少人力、物力及各方面資源，大大地提高了工作的效率，加快了監測的時效性。

1 研究區簡介

本文所采用的數據來源于國家衛星氣象中心風云氣象衛星遙感數據服務網。本文主要應用可見光紅外掃描輻射計VIRR 數據，其為我國第二代極軌氣象衛星風云三號A 星、B 星和C 星所攜帶的探測儀器，掃描范圍±55.4°，地面分辨率1.1 km。主要用于云監測全球云量、判識云的高度類型和相態、監測海洋水體等領域。

包含10 個光譜通道，其中包括4 個可見光通道、3 個熱紅外通道、2 個短波紅外和1 個近紅外通道。VIRR 數據波段信息詳見表1。

表1 VIRR 數據波段信息

2 水體信息的提取

遙感影像解譯主要為影像分割，大致可分為基于聚類、區域和特征的影像分割［1］。徐德啟和汪志華［2］(2002)利用Garbor 小波對影響紋理特征進行表達后，利用ISODATA 方法進行聚類，并將分割圖像與人工分類圖像進行相應的對比分析。都金康［3］等(2001)在針對SPOT 影響的水體提取過程中，采用自定義的周長和面積函數對水體形狀特征進行表達，通過形狀指數對已經分割的水體進行再分類。

氣象數據應用于水體監測的最主要問題是如何準確識別研究區水體覆蓋情況，減少云對水體識別的干擾。本文選擇夏季晴天FY—3A 衛星、FY—3B衛星的VIRR 數據，經過輻射定標和幾何定位后，生成HDF 格式的數據。利用中國氣象局衛星氣象中心開發的風云三號監測分析服務系統(簡稱MAS)，轉換為等經緯度投影，基準面為WGS—84 坐標系，作為提取水體的基本數據。

圖1 洞庭湖多通道合成圖

圖2 洞庭湖水體提取圖

圖3 洞庭湖水體變化圖

本文為減少云層對水體提取的準確度干擾，盡量選擇少云晴天的數據。最終分別選取2014 年8月5 日和2014 年12 月13 日的VIRR 遙感影像數據，基于水體的反射輻射原理，應用衛星監測分析與遙感應用系統(SMART)軟件為數據處理和分析平臺。針對白天的遙感影像數據，選取VIRR 遙感數據中3、4、2 通道進行RGB 合成，在遙感多通道合成圖像上，云為白色，植被為綠色，水體為藍色，見圖1。

利用改進后的歸一化差異水體指數(MNDWI)，中紅外波段替換近紅外波段組成的MNDWI 提取研究區水體信息，見圖2。

利用ARCGIS 等遙感方法對8 月水體提取圖與12 月水體提取圖，進行除云處理，進一步分析水體變化狀態，見圖3。

3 結 論

通過對氣象衛星的VIRR 波段特性的深入分析，對2014 年8 月—12 月洞庭湖水體不同季節、不同觀測時的水體動態變化監測研究，冬夏季水體面積變化明顯，與夏季相比較，黃色為水體縮小區域，紅色為水體擴大區域，藍色為未變化水體區。

利用ARCGIS 軟件對洞庭湖水體面積進行計算，8 月5 日當天水體面積為2 531 km2，12 月13 日當天的水體面積為604 km2。夏季溫度高雨水量大水體活躍覆蓋度大，水體面積與降雨量有著較大的關系，全年變化幅度較大［4］。

利用氣象衛星在海洋的監測方面可準確的了解時空分布特征和變化規律，是氣象衛星應用服務的一個重要方面。將衛星數據用于水體監測能夠及時為相關部門提出較為經濟實用的實施方案和技術措施，減少國民生產損失。

本文仍存在不足之處，在消除云量方面可以多用幾種方法，達到最好效果。

［1］孟令奎，郭善昕，李爽.遙感影像水體提取與洪水監測應用綜述［J］.水利信息化，2012(03):18－25.

［2］徐德啟，汪志華.綜合紋理和顏色的圖像分割方法［J］.計算技術與自動化，2002(03):77－83.

［3］都金康，黃永勝，馮學智，王周龍.SPOT 衛星影像的水體提取方法及分類研究［J］.遙感學報，2001(03):214－219.

［4］劉可群，梁益同，黃靖，劉志雄，邱愛武.基于衛星遙感的洞庭湖水體面積變化及影響因子分析［J］.中國農業氣象，2009(S2):281－284，336.