1、ICS 07.060 A 47 DB63 青海省地方标准 DB 63/T 16802018 高原湖泊、水库水体面积遥感监测规范 2018 - 07 - 16 发布 2018 - 09 - 25 实施 青海省质量技术监督局 发布 DB63/T 16802018 I 目 次 前言 . . II 1 范围 . . 1 2 术语和定义 . . 1 3 水体面积 监测技术 . . 2 附录 A（资料性附录） 常用静止卫星、极轨卫星及资源卫星类型 . 5 附录 B（资料性附录） Himawari-8（葵花 8）静止气象卫星（可见光、红外扫描辐射计）通道参数 6 附录 C（资料性附录） EOS/MODIS（
2、中分辨率成像光谱仪）通道参数 . 7 附录 D（资料性附录） FY3/ MERSI 中 分辨率光谱成像仪通道参数 . 9 附录 E（资料性附录） LANDSAT TM/ETM+光谱成像仪通道参数 . 10 附录 F（资料性附录） LANDS AT 8/OLI 光谱成像仪通道参数 . 11 附录 G HJ-1A/B CCD 传感器通道参数 . . 12 附录 H（资料性附录） GF1、 GF2 高分 辨率光谱成像仪通道参数 . 13 附录 I（资料性附录） 常见卫星影像水体面积提取指数 . 14 附录 J（规范性附录） 静止卫星（葵花 8）水体面积提取流程 . 15 附录 K（规范性附录） 极轨
3、卫星 MODIS Terra /Aqua 或FY3 MER SI 水体面积提取流程 . 16 附录 L（规范性附录） 资源卫星 HJ-1A/B或 GF1卫星水体面积提取流程 . 17 附录 M（规范性附录） 湖泊、水库野外调查记录表 . 18 附录 N（规范性附录） 水体数据库录入表 . 19 参考文献 . . 20 DB63/ TXXXX2018 II 前 言 本标准按照 GB/T 1.1 2009 给出的规则起草。 本标准由青海省气象局提出并归口。 本标准起草单位：青海省气象科学研究所。 本标准主要起草人：刘宝康、赵全宁、权晨、赵慧芳、陈国茜、李璠、史飞飞、石明明。 DB63/T 1680
4、2018 1 高原湖泊、水库水体面积遥感监测规范 1 范围 本标准规定了利用卫星资料提取高原湖泊、水库水体面积遥感监测的方法。 本标准适用于气象、环保、水利等部门开展高原湖泊、水库水体面积的遥感监测、科研及水患灾害 应急服务等相关工作。 2 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 2.1 高原湖泊、水库 覆盖在青藏高原区域相对地势低洼、水流缓慢的储水地，地质构造多为构造湖；或在高原山沟或河 流的峡口处建造拦河坝形成的人工湖。 2.2 地球观测卫星 一种沿着南北方向圆形轨道运行的环境遥感卫星。其主要目标是实现对太阳辐射、大气、海洋和陆 地进行综合观测，获取有关海洋、陆地、冰雪圈和太阳动力系统等信
5、息。 2.3 图像增强 应用计算机或光学设备改善图像视觉效果的处理。处理模型是根据人眼对光亮度观察的特性确定 的，目的是提高图像的可判读性。增强处理的内容包括反差增强和滤波二部分。 2.4 真彩色合成 彩色增强的处理方法之一。将多光谱黑白图像变为彩色图像的处理技术。合成的图像色彩与实际景 物色彩一致或近似一致。 2.5 假彩色合成 彩色增强的处理方法之一。将多谱段黑白图像变为彩色图像的处理技术。合成的图像色彩不同于原 景物色彩。 2.6 DB63/ TXXXX2018 2 阈值 图像处理中，决定输出图像特性的某参数。当它小于或大于此值，输出将呈现不同特性 2.7 静止卫星 卫星轨道高度3600
6、0 km左右，绕地球一周需要24小时，轨道平面与赤道平面重合、卫星的轨道周期 正好等于地球自转周期（23小时56分04秒），且卫星公转方向与地球自转方向相同，相对于地球好像固 定在天空某一点不动。 2.8 极轨卫星 卫星轨道高度为800 km1600 km左右，南北向绕地球运转，对东西宽约2800 km的带状区域进行观 测。与太阳同步，每天在固定的时间（地方时）经过每个地点的上空，使资料获得时间具有相同的照明 条件。一日两次（对某一点而言），在极地地球观测频繁。 2.9 资源卫星 用于勘测和研究地球自然资源的卫星。它能“看透”地层，发现人们肉眼看不到的地下宝藏、历史 古迹、地层结构，能普查农作
7、物、森林、海洋、空气等资源，预报各种严重的自然灾害。 3 水体面积监测技术 3.1 监测手段 利用静止卫星、极轨卫星、资源卫星遥感资料对高原湖泊、水库进行动态监测（常用静止卫星、极 轨卫星和资源卫星见附录A）。 3.2 监测条件 具备卫星数据处理、湖泊、水库范围监测并准确提取水体面积的技术能力和设备条件，包括相关遥 感图像处理软件、地理信息系统软件及数据库软件；图形输入输出设备及专业技术人员。 3.3 监测方法 3.3.1 静止卫星 监测面积大于500 km 2 的湖泊、水库，采用经验阈值法提取，主要采用日本葵花8卫星（ Himawari-8） 提取，尽可能采用晴空数据,空间分辨率为500 m
8、（相关参数见附录B），根据葵花8卫星第三通道地表反 射率小于0.05的阈值提取湖泊、水库水体面积。 3.3.2 极轨卫星 3.3.2.1 监测面积大于 100 km 2 的湖泊、水库，采用经验阈值法或植被指数法，同时尽可能采用晴空 数据,空间分辨率为 250 m（极轨卫星相关参数见附录 C 和附录 D）。 DB63/T 16802018 3 3.3.2.2 应用中分辨率成像光谱仪（MODIS-Terra/Aq ua或 FY3-MERSI）监测湖泊、水库水体面积，采 用经验阈值法或植被指数法。其中经验阈值法模型见公式（1），植被指数0 像元判为水体(见附录I)。 12.02&0)12( BBB
9、. (1) 式中： B1、B2分别是MODIS Terra/Aqua卫星的第1、2通道的地表反射率。 3.3.3 资源卫星 主要用来监测面积小于或等于100 km 2 ，采用经验阈值法或水体指数法，同时尽可能采用晴空数据 （资源卫星相关参数及水体指数模型见附录EH）。 3.3.3.1 美国陆地卫星（LANDSAT TM/E TM+、LANDSA T8 OLI） 使用LANDSAT TM/ETM、LANDSAT 8资料湖泊、水库水体面积，应用水体指数（y）和B4通道进行提取。 05.04&0 By . (2) 式中： y表示归一化水体指数（见附录H.2）,B4表示LANDSAT TM/ ETM+
10、、Landsat 8 OLI的第4通道的地表反 射率。 3.3.3.2 环境减灾卫星（HJ-1A/B） 应用环境减灾卫星监测湖泊、水库水体面积，采用经验阈值法提取。 05.04&9.02/4 BBB . (3) 式中： B2、B4表示环境减灾卫星CCD传感器第2、4通道的地表反射率。 3.3.3.3 高分一号、高分二号（GF1、GF2） 应用高分一号、高分二号卫星监测湖泊、水库水体面积，采用经验阈值法提取。 03.04&12/4 BBB . (4) 式中： B2、B4表示高分一号或高分二号卫星CCD传感器第2、4通道的地表反射率。 3.4 水体面积计算方法 湖泊、水库的水体二值图数据中所有水体
11、像元总数和单个像元面积的乘积，即为湖泊、水库的水体 面积；或把水体二值图数据转为矢量后，矢量面积则为湖泊、水库的水体面积。 R PS . (5) 式中： S湖泊或水库水体面积； P水体像元总数； R某种卫星资料的像元面积。 像元分辨率为16 m 时， R=0.000256 km 2 ； 像元分辨率为30 m 时， R=0.0009 km 2 ； 像元分辨率为250 m 时，R =0.0625 km 2 ； DB63/ TXXXX2018 4 像元分辨率为500 m 时，R =0.25 km 2 ； 像元分辨率为1000 m 时，R =1 km 2 。 3.5 监测流程 静止卫星（葵花8）、极轨
12、卫星（MODIS TERRA/Aqua、FY3 MERSI），资源卫星（HJ-1A/B、和GF1、 GF2）水体面积遥感监测流程（见附录J、附录K和附录M）。 资料选择。4月10 月期间，选择晴空卫星遥感资料，尽可能选择星下点附近资料。 资料预处理。在遥感影像处理系统中加载影像数据，根据不同地物在不同卫星资料各波段的光 谱特性，分别赋予红、绿、蓝 3 种颜色进行假彩色或真彩色合成。其次，进行辐射校正、Flaash 大气校正和正射校正，利用已经过校正的卫星影像或本区域地形图，对图像进行几何精校正， 校正后的均方根误差(RMSE) 均小于0.5 个像元1 个像元。 数据提取。对遥感数据集进行单通道
13、数据分离，提取出相应感兴趣子区。 投影处理。处理多通道数据集，并生成投影图像文件。投影方式按 GB/T 18315-2001 执行。 服务应用。采用相应的水体算法模型，结合目视解译法进行水体面积提取，精度在1%范围， 提取与计算、行政边界和经纬度网格叠加、服务产品制作和发布。 数据入库。将服务产品和湖泊、水库水体面积数据统一存入数据库。 DB63/T 16802018 5 A A 附 录 A （资料性附录） 常用静止卫星、极轨卫星及资源卫星类型 极轨卫星主要包括 NOAA18、NOAA19、MODI S Terra/Aqua、NPP、F Y3A、FY3B、FY3C 卫星； 静止卫星主要包括 F
14、Y2C、FY2E、FY2F、FY2G 和葵花 8 卫星； 资源卫星主要包括美国陆地卫星（TM5、ETM+、LANDSAT8 OLI）、环境减灾卫星（HJ-1A/B CCD） 和 GF 系列卫星（GF1 和GF2）。 DB63/ TXXXX2018 6 B B 附 录 B （资料性附录） Himawari-8（葵花 8）静止气象卫星（可见光、红外扫描辐射计）通道参数 表B.1给出了 Himawari-8（葵花8）静止气象卫星（可见光、红外扫描辐射计）通道参数 表B.1 通道参数表 通道 波长(m) 波段 星下点分辨率 (km) 1 0.46 可见光 1 2 0.51 可见光 1 3 0.64 可
15、见光 0.5 4 0.86 近红外 1 5 1.6 短波红外 2 6 2.3 短波红外 2 7 3.9 中红外 2 8 6.2 远红外 2 9 7.0 远红外 2 10 7.3 远红外 2 11 8.6 远红外 2 12 9.6 远红外 2 13 10.4 热红外 2 14 11.2 热红外 2 15 12.3 热红外 2 16 13.3 热红外 2 DB63/T 16802018 7 C C 附 录 C （资料性附录） EOS/MODIS（中分辨率成像光谱仪）通道参数 表C.1给出了EOS/MODIS（中分辨率成像光谱仪）通道参数 表C.1 通道参数表 通道 波长(m) 波段 星下点分辨率(
16、m) 1 0.62 0.67 可见光 250 2 0.841 0.876 可见光 250 3 0.459 0.479 可见光 500 4 0.545 0.565 可见光 500 5 1.230 1.250 近红外 500 6 1.628 1.652 短波红外 500 7 2.105 2.155 短波红外 500 8 0.405 0.420 可见光 1000 9 0.438 0.448 可见光 1000 10 0.483 0.493 可见光 1000 11 0.526 0.536 可见光 1000 12 0.546 0.556 可见光 1000 13 0.662 0.672 可见光 1000 1
17、4 0.673 0.683 可见光 1000 15 0.743 0.753 可见光 1000 16 0.862 0.877 近红外 1000 17 0.890 0.920 近红外 1000 18 0.931 0.941 近红外 1000 19 0.915 0.965 近红外 1000 20 3.660 - 3.840 中波红外 1000 21 3.929 - 3.989 中波红外 1000 22 3.929 - 3.989 中波红外 1000 23 4.020 - 4.080 中波红外 1000 24 4.433 - 4.498 中波红外 1000 25 4.482 - 4.549 中波红外
18、1000 26 1.360 - 1.390 短波红外 1000 27 6.535 - 6.895 中波红外 1000 28 7.175 - 7.475 中波红外 1000 29 8.400 - 8.700 中波红外 1000 30 9.580 - 9.880 远红外 1000 31 10.780 - 11.280 远红外 1000 32 11.770 - 12.270 远红外 1000 DB63/ TXXXX2018 8 33 13.185 - 13.485 远红外 1000 34 13.485 - 13.785 远红外 1000 35 13.785 - 14.085 远红外 1000 36
19、14.085 - 14.385 远红外 1000 DB63/T 16802018 9 D D 附 录 D （资料性附录） FY3/MERSI 中分辨率光谱成像仪通道参数 表D.1给出了FY3/MERSI中分辨率光谱成像仪通道参数 表D.1 通道参数表 通道 波长(m) 波段 星下点分辨率(m) 1 0.42 0.52 可见光 250 2 0.50 0.60 可见光 250 3 0.60 0.70 可见光 250 4 0.815 0.915 可见光 250 5 8.75 13.75 远红外 250 6 1.59 1.69 短波红外 1000 7 2.08 2.18 短波红外 1000 8 0.3
20、92 0.432 可见光 1000 9 0.423 0.463 可见光 1000 10 0.47 0.51 可见光 1000 11 0.50 0.54 可见光 1000 12 0.545 0.585 可见光 1000 13 0.63 0.67 可见光 1000 14 0.665 0.705 可见光 1000 15 0.745 0.785 可见光 1000 16 0.845 0.885 近红外 1000 17 0.885 0.925 近红外 1000 18 0.92 0.96 近红外 1000 19 0.96 1.00 近红外 1000 20 1.01 1.05 中红外 1000 DB63/ T
21、XXXX2018 10 E E 附 录 E （资料性附录） LANDSAT TM/ETM+光谱成像仪通道参数 表E.1给出了LANDSAT TM/ETM+光谱成像仪通道参数 表E.1 通道 波长(m) 波段 星下点分辨率(m) 1 0.45 0.52 可见光 30 2 0.52 0.60 可见光 30 3 0.63 0.69 可见光 30 4 0.76 0. 90 近红外 30 5 1.55 1.75 中红外 30 6 10.40 12.50 远红外 30 7 2.09 2.35 中红外 30 8 0.52 0.90 全色 15 DB63/T 16802018 11 F F 附 录 F （资料
22、性附录） LANDSAT 8/OLI 光谱成像仪通道参数 表F.1给出了LANDSAT 8/OLI光谱成像仪通道参数 表F.1 通道参数表 通道 波长(m) 波段 星下点分辨率(m) 1 0.433 0.453 可见光 30 2 0.450 0.515 可见光 30 3 0.525 0.600 可见光 30 4 0.630 0.680 可见光 30 5 0.845 0.885 近红外 30 6 1.560 1.660 短波红外 30 7 2.100 2.300 短波红外 30 8 0.500 0.680 可见光 15 9 1.360 1.390 可见光 30 10 10.60 11.19 远红
23、外 100 11 11.50 12.51 远红外 100 DB63/ TXXXX2018 12 G G 附 录 G HJ-1A/B CCD 传感器通道参数 表G.1给出了HJ-1A/B CCD传感器通道参数 表G.1 通道参数表 通道 波长(m) 波段 星下点分辨率(m) 1 0.430.52 可见光 30 2 0.520.60 可见光 30 3 0.630.69 可见光 30 4 0.760.90 近红外 30 DB63/T 16802018 13 H H 附 录 H （资料性附录） GF1、GF2 高分辨率光谱成像仪通道参数 表H.1、表H.2给出了GF1、GF2高分辨率光谱成像仪通道参数
24、 表H.1 GF1 通道参数表 载荷 通道 波长(m) 星下点分辨率(m) 全色多光谱相机 1 0.450.90 2 2 0.450.52 8 3 0.520.59 4 0.630.69 5 0.770.89 多光谱相机 6 0.450.52 16 7 0.520.59 8 0.630.69 9 0.770.89 表H.2 GF2 通道参数表 载荷 通道 波长(m) 星下点分辨率(m) 全色多光谱相机 1 0.450.90 1 2 0.450.52 4 3 0.520.59 4 0.630.69 5 0.770.89 DB63/ TXXXX2018 14 I I 附 录 I （资料性附录） 常
25、见卫星影像水体面积提取指数 I.1 归一化植被指数 利用植被在红光通道和近红外通道的组合来定义植被指数， 表征植被生长状况和发育情况重要物理 量。定义为： 12 12 BB BB x . (I.1) 式中： B1为波长在0.62um0.67um的红光波段的地表反射率； B2为波长在0.84um0.875um的近红外波段的地表反射率。 I.2 归一化水体指数 利用用近红外波段和短波红外波段的反差可以突出影像中的水体信息。另外，由于植被在近红外波 段的反射率一般最强，因此采用近红外波段与短波红外波段的比值可以最大程度地抑制植被的信息，建 立用于水体识别的指数。定义为： 54 54 BB BB y
26、. (I.2) 式中： B4为波长0.85um0.88um近红外波段的地表反射率； B5为波长1.55um1.85um短波红外波段的地表反射率。 DB63/T 16802018 15 J J 附 录 J （规范性附录） 静止卫星（葵花 8）水体面积提取流程 图J.1给出了静止卫星（葵花8）水体面积提取流程 图J.1 静止卫星（葵花 8）水体面积提取流程 DB63/ TXXXX2018 16 K K 附 录 K （规范性附录） 极轨卫星 MODIS Terra/ Aqua 或 FY3 MERSI 水体面积提取流程 图K.1给出了极轨卫星MODIS Terra/Aqua或FY3 MERSI水体面积
27、提取流程 图K.1 极轨卫星 MODIS Terr a/Aqua 或 FY3 MERSI 水体面积提取流程图 DB63/T 16802018 17 L L 附 录 L （规范性附录） 资源卫星 HJ-1A/B 或 GF1 卫星水体面积提取流程 图L.1给出了资源卫星HJ-1A/B或GF1卫星水体面积提取流程 图L.1 资源卫星 HJ-1A/B 或 GF1 卫星水体面积提取流程图 DB63/ TXXXX2018 18 M M 附 录 M （规范性附录） 湖泊、水库野外调查记录表 表M.1给出了湖泊、水库野外调查记录表 表M.1 水体野外调查记录表 年 月 日 时间： 天气: 采样地点 省 市 县
28、 乡 采样编号 经度 纬度 海拔 照片编号 水体类型 无人机照片编号 水体名称 水 体 特 征 水温 PH 水色 所属水系 气温 透明度 水深 水体光谱编号 备注 采样人员: 记录人员: DB63/T 16802018 19 N N 附 录 N （规范性附录） 水体数据库录入表 表N.1给出了水体数据库录入表 表N.1 水体数据库录入表 录入时间 水体提取时间 录入人 水体地点 省 市 县 乡 水体编号 经度 纬度 海拔 照片编号 水体类型 无人机照片编号 水体名称 水 体 特 征 水温 PH 水色 所属水系 气温 透明度 水深 水体光谱编号 水体面积 DB63/ TXXXX2018 20 参
29、 考 文 献 1 王江山 . 青海省生态环境监测系统 M. 北京：气象出版社， 2004. 2 刘玉洁，杨忠东，等 . MODIS 遥感信息处理原理与算法 M.科学出版社 2001. 3 王苏民 , 窦鸿身 . 中国湖泊志 M. 北京：科学出版社 ,1998 年 . 4 杜云艳 ,周成虎 . 水体的遥感信息自动提取方法遥感学报， 1998， 2(4):264-269. 5 赵英时 . 遥感应用分析原理与方法 M. 科学出版社， 2003. 6 朱立平，谢曼平，吴艳红 . 西藏纳木错 1971-2004 年湖泊面积变化及其原因的定量分析 J. 科学通报， 2010， 55(18): 1789-1
30、798. 7 李晖，肖鹏峰，冯学智，等近 30 年三江源地区湖泊变化图谱与面积变化 J. 湖泊科学， 2010， 22(6):862-873. 8 冯钟葵，李晓辉 . 青海湖近 20 年水域变化及湖岸演变遥感监测研究 J. 古地理学报， 2006， 8(1): 1-5. 9 曹荣龙，李存军，刘良云，等 . 基于水体指数的密云水库面积提取及变化监测 J. 测绘科学， 2008， 3(2): 158-160. 10 郁金康，黄永胜，冯学智，等 SPOT 卫星影像的水体提取方法及分类研究 J. 遥感学报， 2001， 5(3):214 -219. 11 韩芳，李兴华，高拉云. 内蒙古达里诺尔湖泊湿地
31、动态的遥感监测 J.内蒙古农业大学学报，2007，28(1):74-78. 12 马明国，宋怡，王雪梅 . 1973-2006 年新疆若羌湖泊群遥感动态监测研究 J. 冰川冻土， 2013， 35(5):1237-1246. 11 邵兆刚，朱大岗，孟宪刚，等 . 青藏高原近 25 年来主要湖泊变迁的特征 J. 地质通报， 2007， 26(12): 1633-1645. 12 贾珅玥，肖鹏峰 . 基于多时相图谱的青藏高原湖泊变化检测研究 J. 国土资源遥感， 2009， (4): 78-81, 85. 13 姚晓军， 刘时银， 孙美平， 等 . 可可西里地区库赛湖面积动态及湖水外溢成因分析 J. 地理学报， 2012， 67(5):689-698. 14 段水强，范世雄， 曹广超， 等 1976 2014 年黄河源区湖泊变化特征及成因分析 J. 冰川冻土， 2015， 37(3) :745-756. _
