洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)方法ppt課件

1、自然地理 李彬波 2014年5月12日,洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)方法,大綱： 一、洪澇災(zāi)害簡(jiǎn)介 二、洪澇災(zāi)害遙感檢測(cè)原理 三、洪水監(jiān)測(cè)的遙感技術(shù)對(duì)比 四、水體遙感監(jiān)測(cè)模型的建立,洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)方法,前 言,我國(guó)是一個(gè)自然災(zāi)害種類繁多、發(fā)生頻繁、危害嚴(yán)重的國(guó)家。特別是近年來(lái)由于生態(tài)環(huán)境一度惡化，災(zāi)害問(wèn)題愈演愈烈。 災(zāi)害問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重地威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。 于是如何準(zhǔn)確預(yù)報(bào)災(zāi)害來(lái)臨，實(shí)時(shí)監(jiān)控災(zāi)情發(fā)展，為災(zāi)害的防控提供強(qiáng)有力的支持，成為亟待解決的重大問(wèn)題,洪澇災(zāi)害： 指因氣象原因使水位異常升高沖破堤岸，淹沒(méi)田地、房屋淹死人畜并引發(fā)疾病等自然災(zāi)害現(xiàn)象,2021年2月9日,地球資

2、源與信息學(xué)院測(cè)繪07-1,4,一、洪澇災(zāi)害簡(jiǎn)介,5,我國(guó)地處東亞，季風(fēng)氣候明顯，年際間季風(fēng)的不穩(wěn)定性造成降水時(shí)空分布不均，使得我國(guó)成為世界上自然災(zāi)害種類最多，活動(dòng)最頻繁，危害最嚴(yán)重的國(guó)家之一,一、洪澇災(zāi)害簡(jiǎn)介,6,一、洪澇災(zāi)害簡(jiǎn)介,7,據(jù)國(guó)家民政部門(mén)統(tǒng)計(jì)，近十年來(lái)我國(guó)大陸平均每年因洪澇災(zāi)害造成的糧食損失約200億公斤，經(jīng)濟(jì)損失近2000億元，約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的3-6%。分析表明20世紀(jì)后50年各年代全國(guó)受澇面積和成災(zāi)面積呈上升趨勢(shì),一、洪澇災(zāi)害簡(jiǎn)介,8,二、洪澇災(zāi)害遙感檢測(cè)原理,為了對(duì)洪澇災(zāi)害的面積作出合理的估計(jì)，很重要的一步就是要對(duì)水體進(jìn)行識(shí)別，從遙感影像上快速提取水體覆蓋范圍,洪澇遙感

3、監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵在于水體的識(shí)別技術(shù)。水體識(shí)別是基于水體的光譜特征和空間位置關(guān)系分析、排除其他非水體信息從而實(shí)現(xiàn)水體信息提取的技術(shù),電磁波信號(hào)是遙感研究的對(duì)象，區(qū)分電磁波特性的主要因子之一是波長(zhǎng)（頻率），遙感就是根據(jù)不同地物他們發(fā)射、輻射或反射的電磁波特性不同來(lái)對(duì)其加以區(qū)分的,二、洪澇災(zāi)害遙感檢測(cè)原理,各類地物由于具有不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和組成成份而具有不同的電磁波特征，且具有三個(gè)主要輻射特性,二、洪澇災(zāi)害遙感檢測(cè)原理,1.地物的總輻射水平的高低是地物的第一重要的遙感特征； 2 .可見(jiàn)光和紅外的輻射平衡關(guān)系是地物第二重要的遙感特性， 即光譜曲線整體趨勢(shì)； 3.輻射隨波段變化的方向和強(qiáng)度，是地物的第三個(gè)重要遙

4、感 特性,1)天然水體對(duì)0. 4-2. 5m電磁波吸收明顯高于絕大多數(shù)其它地物。 (2)在可見(jiàn)光波段，水體的反射率隨泥沙含量的增強(qiáng)而增強(qiáng)，但反 射曲線基本相似,二、洪澇災(zāi)害遙感檢測(cè)原理,二、洪澇災(zāi)害遙感檢測(cè)原理,雷達(dá)成像原理,側(cè)視雷達(dá)是在飛機(jī)或衛(wèi)星平臺(tái)上由傳感器向與飛行方垂直的側(cè)面, 發(fā)射一個(gè)窄的波束, 覆蓋地面上這一側(cè)面的一個(gè)帶, 然后接收在這一條帶上地物的反射波, 從而形成一個(gè)圖像帶。隨著飛行器前進(jìn), 不斷地發(fā)射這種脈沖波束, 又不斷地接收回波, 從而形成一幅一幅的雷達(dá)圖像,二、洪澇災(zāi)害遙感檢測(cè)原理,1、大面積同步觀測(cè) 2、時(shí)效性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) 3、數(shù)據(jù)的綜合性與可比 性好 4、較高的經(jīng)濟(jì)與

5、社會(huì)效 益,遙感的特點(diǎn),二、洪澇災(zāi)害遙感檢測(cè)原理,目前用于洪水監(jiān)測(cè)的遙感資料主要： 美國(guó)的陸地資源衛(wèi)星Landsat TM 與ETM +、美國(guó)的極軌氣象業(yè)務(wù)衛(wèi)星NOAAAVHRR資料、美國(guó)的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)衛(wèi)星EOSMODIS 法國(guó)的資源衛(wèi)星SPOT、 中國(guó)的極軌氣象衛(wèi)星FY-1、FY-2， 加拿大的雷達(dá)衛(wèi)星Radarsat SAR等，在實(shí)際應(yīng)用中也各有特點(diǎn),16,a、氣像衛(wèi)星和中分辨率衛(wèi)星用于宏觀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) b、星載、機(jī)載雷達(dá)用于現(xiàn)勢(shì)水體監(jiān)測(cè) c、可見(jiàn)光高分辨率衛(wèi)星用于高精度的災(zāi)情監(jiān)測(cè)與損失評(píng)估,17,TM、ETM +和SPOT影像波段多，分辨率適中(TM地面分辨率為30m，ETM+的全色波段為1

6、5m，SPOT-5的多光譜波段為10m，全色波段可達(dá)2.5m或5m)，可有效地獲取地面覆被信息和洪水信息，是洪水淹沒(méi)損失估算、模擬分析、洪水線性回歸分析的有效資料，適合中等范圍的洪水監(jiān)測(cè),18,但這些遙感資料的時(shí)間分辨率都較低(Landsat為16d，SPOT為26d)，掃描寬度較小(TM和ETM +為185km，SPOT為60km)，且數(shù)據(jù)非免費(fèi)接收、時(shí)效性差，較難獲得大范圍的同步監(jiān)測(cè)資料,19,合成孔徑雷達(dá)(SAR)具有全天時(shí)和全天候?qū)Φ赜^測(cè)優(yōu)勢(shì)，空間分辨率高，可達(dá)到10m，甚至3m，所以星載SAR技術(shù)受到空問(wèn)遙感界的高度重視 。 但該遙感數(shù)據(jù)獲取成本較高，災(zāi)時(shí)性較差，只適合在地形復(fù)雜、范

7、圍不太大的特大洪水災(zāi)害情況下使用,20,NOAA/AVHRR(每日可4次獲得圖像)和FY-1衛(wèi)星(每日每顆星可過(guò)境2次)具有重訪周期短、時(shí)間分辨率高優(yōu)點(diǎn)，適合進(jìn)行洪水災(zāi)害的宏觀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。 但因其空間分辨率較低(為1.1km)，所以像元所反映的信息具有較大的地類混合和鄰域效應(yīng)(混合像元)，很難提供洪水災(zāi)情的準(zhǔn)確數(shù)據(jù),NOAA圖像,22,E0S/M0DIS衛(wèi)星具有波段多(36個(gè))，空間分辨率適中(有2個(gè)波段是250m，5個(gè)是500m，其余29個(gè)波段是1000m)，時(shí)間分辨率高(在雙星運(yùn)行時(shí)可達(dá)0.5d)，掃描寬度大(2230km)并且可免費(fèi)接受等突出特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大范圍洪水實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),23,我

8、國(guó)2008年5月27日成功發(fā)射的風(fēng)云三號(hào)A星(FY-3A)極軌氣象衛(wèi)星攜帶的中分辨率成像光譜儀(MERSI)的5個(gè)250m分辨率通道，該星裝載有11臺(tái)高性能的有效載荷探測(cè)儀器，可實(shí)現(xiàn)全球、全天候、多光譜、三維、定量遙感功能，在洪水監(jiān)測(cè)中將發(fā)揮更大的作用,遙感洪澇災(zāi)害應(yīng)用,2021年2月9日,地球資源與信息學(xué)院測(cè)繪07-1,24,基于Landsat TM影像的洪災(zāi)害監(jiān)測(cè),高空間分辨率多波段的TM像包了富地面水分狀況和植被長(zhǎng)勢(shì)信息，其1、2波段對(duì)水體有一定的穿透性，有助于探測(cè)水層深淺和劃分混的洪水與清澈的自然水體；而位于紅外的第5、7波段，反映水體和水陸邊界特別敏銳，因此TM對(duì)洪水災(zāi)情的監(jiān)測(cè)和分析

9、特別有效,特點(diǎn),Landsat-5數(shù)據(jù)波段,29,30,第一，單波段法 主要選取遙感影像中的近紅外波段(如MODIS CH1、CH5、CH6)并輔以閾值來(lái)提取水體。 特點(diǎn)： 該方法簡(jiǎn)單易行，但存在較多的混淆信息，識(shí)別精度低,三、水體遙感監(jiān)測(cè)模型的建立,水體遙感監(jiān)測(cè)模型(以MODIS為例介紹,第二，多波段法 （1）多波段組合 CH6-2-1，CH7-2-1,32,2）差值模型 差值植被指數(shù):DVI=CH2-CH1，同時(shí)滿足以下條件 CH1AI，CH2AZ，DVIA3 A1、A2、A3為反照率閾值 （3）比值模型 比值植被指數(shù):RVI=CH2/CH1*100，同時(shí)滿足 CH1A1，CH2A2，RV

10、1N N為相應(yīng)閾值,4）歸一化植被指數(shù)模型 歸一化植被指數(shù):NDVI=(CH2-CH1)/(CH2+CH1)x100 同時(shí)滿足 CH1A1，CH2A2，NDVIN N為相應(yīng)閾值,34,第三，水體指數(shù)法 （1）歸一化差異水體指數(shù) NDWI=(Green-NIR)/(Green+NIR) 對(duì)于MODSI通道，NDWI定義如下: NDWI=(CH4-CH2)/(CH4+CH2) （2）改進(jìn)的歸一化差異水體指數(shù)模型 MNDWI=(Green-MIR)/(Green+MIR) MODIS： MNDWI=(CH4-CH6)/(CH4+CH6,35,3）混合水體指數(shù)模型CIWI CIWI主要由MODIS的第七波段和NDVI的組合模型，有效解決了水體、植被和城鎮(zhèn)等信息的分離。 CIW I=NDVI+NIR+C 其中， c為常數(shù),水體光譜特征： CH3小于圖像平均值為洪水期，反之為非洪水期； C