基于遥感数据对洞庭湖水体动态监测

赵 鑫，苏佳凯

(1.佳木斯气象卫星地面站，黑龙江佳木斯154007;2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

0 引 言

风云三号气象卫星是为了满足中国天气预报、气候预测和环境监测等方面的迫切需求建设的第二代极轨气象卫星，由3 颗卫星组成(FY—3A 卫星、FY—3B 卫星、FY—3C 卫星)。FY—3A 卫星和FY—3B 卫星于2008 年5 月27 日和2011 年5 月26 日正式投入使用。FY—3C 卫星于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、下午星组网观测，进一步提升我国对全球大气、陆地和海洋的监测能力。

利用遥感监测技术，对大面积的水体进行动态监测，即可以快速的、准确地监测到水体的情况，亦可以减少人力、物力及各方面资源，大大地提高了工作的效率，加快了监测的时效性。

1 研究区简介

本文所采用的数据来源于国家卫星气象中心风云气象卫星遥感数据服务网。本文主要应用可见光红外扫描辐射计VIRR 数据，其为我国第二代极轨气象卫星风云三号A 星、B 星和C 星所携带的探测仪器，扫描范围±55.4°，地面分辨率1.1 km。主要用于云监测全球云量、判识云的高度类型和相态、监测海洋水体等领域。

包含10 个光谱通道，其中包括4 个可见光通道、3 个热红外通道、2 个短波红外和1 个近红外通道。VIRR 数据波段信息详见表1。

表1 VIRR 数据波段信息

2 水体信息的提取

遥感影像解译主要为影像分割，大致可分为基于聚类、区域和特征的影像分割［1］。徐德启和汪志华［2］(2002)利用Garbor 小波对影响纹理特征进行表达后，利用ISODATA 方法进行聚类，并将分割图像与人工分类图像进行相应的对比分析。都金康［3］等(2001)在针对SPOT 影响的水体提取过程中，采用自定义的周长和面积函数对水体形状特征进行表达，通过形状指数对已经分割的水体进行再分类。

气象数据应用于水体监测的最主要问题是如何准确识别研究区水体覆盖情况，减少云对水体识别的干扰。本文选择夏季晴天FY—3A 卫星、FY—3B卫星的VIRR 数据，经过辐射定标和几何定位后，生成HDF 格式的数据。利用中国气象局卫星气象中心开发的风云三号监测分析服务系统(简称MAS)，转换为等经纬度投影，基准面为WGS—84 坐标系，作为提取水体的基本数据。

图1 洞庭湖多通道合成图

图2 洞庭湖水体提取图

图3 洞庭湖水体变化图

本文为减少云层对水体提取的准确度干扰，尽量选择少云晴天的数据。最终分别选取2014 年8月5 日和2014 年12 月13 日的VIRR 遥感影像数据，基于水体的反射辐射原理，应用卫星监测分析与遥感应用系统(SMART)软件为数据处理和分析平台。针对白天的遥感影像数据，选取VIRR 遥感数据中3、4、2 通道进行RGB 合成，在遥感多通道合成图像上，云为白色，植被为绿色，水体为蓝色，见图1。

利用改进后的归一化差异水体指数(MNDWI)，中红外波段替换近红外波段组成的MNDWI 提取研究区水体信息，见图2。

利用ARCGIS 等遥感方法对8 月水体提取图与12 月水体提取图，进行除云处理，进一步分析水体变化状态，见图3。

3 结 论

通过对气象卫星的VIRR 波段特性的深入分析，对2014 年8 月—12 月洞庭湖水体不同季节、不同观测时的水体动态变化监测研究，冬夏季水体面积变化明显，与夏季相比较，黄色为水体缩小区域，红色为水体扩大区域，蓝色为未变化水体区。

利用ARCGIS 软件对洞庭湖水体面积进行计算，8 月5 日当天水体面积为2 531 km2，12 月13 日当天的水体面积为604 km2。夏季温度高雨水量大水体活跃覆盖度大，水体面积与降雨量有着较大的关系，全年变化幅度较大［4］。

利用气象卫星在海洋的监测方面可准确的了解时空分布特征和变化规律，是气象卫星应用服务的一个重要方面。将卫星数据用于水体监测能够及时为相关部门提出较为经济实用的实施方案和技术措施，减少国民生产损失。

本文仍存在不足之处，在消除云量方面可以多用几种方法，达到最好效果。

［1］孟令奎，郭善昕，李爽.遥感影像水体提取与洪水监测应用综述［J］.水利信息化，2012(03):18－25.

［2］徐德启，汪志华.综合纹理和颜色的图像分割方法［J］.计算技术与自动化，2002(03):77－83.

［3］都金康，黄永胜，冯学智，王周龙.SPOT 卫星影像的水体提取方法及分类研究［J］.遥感学报，2001(03):214－219.

［4］刘可群，梁益同，黄靖，刘志雄，邱爱武.基于卫星遥感的洞庭湖水体面积变化及影响因子分析［J］.中国农业气象，2009(S2):281－284，336.