DB63 T1680-2018 高原湖泊、水库水体面积遥感监测规范.pdf
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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(
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