基于Landsat8 OLI影像的哈尔滨市辖区水体信息提取方
法对比分析
郝宇珊，万鲁河*
【摘 要】【摘 要】 以Landsat8 OLI影像为数据源，以哈尔滨市辖区为研究范围，采用阈值法、NDWI指数法、MNDWI指数法以及EWI指数法，对研究区内水体信息进行提取.以人机交互结果作为研究区内水体信息真实值，通过查全率、查准率以及虚警率三个指标对提取结果进行精度评价.结果表明，四种提取方法都能够将大面积水体信息完整提取出来，但是在虚警率以及信息的细节处理上，EWI指数法以及MNDWI指数法在查全率达到0.9以上的同时，能够将虚警率保持在0.1以下.EWI指数法，在对细小河流的提取方面，以及降低居民地等地物的噪声影响方面在几种算法中表现最为优异，是最适合该研究内的水体提取算法.
【期刊名称】哈尔滨师范大学自然科学学报 【年(卷),期】2019(035)001 【总页数】6
【关键词】【关键词】 landsat8 OLI;水体提取；阈值法；NDWI;MNDWI;EWI
0 引言
水对人类的生活以及生存具有不可替代的作用，水资源的动态监测，对节约、保护、合理、高效的利用水资源具有重要的意义，也为水体变化的研究提供了科学的依据[1-4].随着遥感技术的发展，遥感对地观测技术已成为了水体监测的重要信息来源，Landsat8卫星，是美国自1927年以来，发射的Landsat系列的第八颗卫星，较之前的卫星，Landsat8卫星的性能在各方面都有所提高[5-
7].
目前，基于遥感影像的水体提取方法，主要分为两类，一类是通过分析不同地物在遥感影像各波段的特征，通过波段间的运算，达到抑制背景的目的，实现水体信息的提取[8-12].另一类则是通过传统的监督分类、决策树等的方法对水体信息进行提取[13-14].该文采用Landsat8OLI影像作为基础数据源，采用不同的水体提取方法，探究各种方法在研究区水体提取上的差异，通过对比分析得到最适合的水体提取方法.
1 研究区概况及实验数据
1.1 研究区概况
哈尔滨市位于东北平原，黑龙江省中南部，北纬44°04′至46°40′之间，东经125°42′至130°10′之间，行政区划分为9区9县.总体地势平坦，河流纵横，牡丹江水系和松花江水系为市区内主要河流.气候类型为温带大陆性季风气候，四季分明，冬季漫长，全年降水主要集中在6～9月份，全市水资源分布特点为东富西贫.
该文研究区范围为哈尔滨市市辖区(包括：道里区、道外区、南岗区、平房区、松北区、香坊区)，受地形、气候等因素影响，辖区内主要土壤类型为黑土，适于各类农作物的生长，因此耕地为其主要的地物类型之一.研究区内，松花江流域贯穿中部，沿岸大小河流分布较多，水资源丰富，城市分布集中在中部地区(如图1所示).
1.2 实验数据及图像预处理
Landsat8卫星是由美国国家航空航天局(NASA)与2013年发射，主要携带了OLI陆地成像仪以及TIRS热红外传感器.OLI影像包括9个波段，其中第八波
段为全色波段.该文选取OLI影像为数据源，成像时间为2015年6月，云量为0.05%，在图像预处理阶段对多光谱波段进行了辐射定标以及大气校正，采用GS融合方法，对全色波段以及多光谱波段进行融合，将影像分辨率提高到15 m，通过裁剪得到研究区影像.
2 研究方法
2.1 水体波谱特征分析
不同地物类型在多光谱影像中的不同波段具有不同的反射特征，通过对研究区内不同地物的反射特征分析，能够更好的区别水体与其他地物.该文以Landsat8OLI影像作为基础数据，将研究区划分为水体、居民地、耕地、草地四种地物类型，采用目视判读的方法分别对四类地物进行取样，取样数为150个，通过直方图统计各类地物在各波段的灰度均值，得到研究区内地物的波谱特征统计图(研究中对影像进行了0-255的线性拉伸)，如图2所示.
由地物波谱统计图2可以看出，水体对太阳光的反射，总体呈现较弱的反射趋势，并且从可见光波段到近红外、短波红外波段反射率逐渐减弱.从第一波段到第四波段，四类地物反射率区别较小，但第五波段，水体反射率呈明显下降，而其他地物反射率均略有上升.同时，第五、六、七波段，水体反射率下降明显，与其他地物反差较大. 2.2 阈值法
采用阈值法对目标地物进行提取，即根据不同地物类型的纹理、轮廓、散射、反射等特征的差异，对图像进行分割，并通过实验，选取能够将目标地物从背景中分割的值，即为目标分割的最适阈值.由2.1对地物波谱特征的分析可知，在第五波段，即band5，水体与其他地物间差别变化明显，因此，该文选取
基于Landsat8 OLI影像的哈尔滨市辖区水体信息提取方法对比分析
