基于Matlab和遙感影像的太湖面積變化研究

1、基于Matlab和遙感影像的太湖面積變化研究摘要：本文利用1995年的地圖和2010年5月4號的Landsat7TM遙感影像，研究太湖區(qū)域面積變化狀況。分別對遙感影像采用單波段閾值法，并采用regioncrop函數(shù)去噪，對地圖采用灰度閾值分割法，提取太湖區(qū)域，然后采用差值法和空間分析法，得到太湖區(qū)域面積變化。結果顯示，15年間太湖區(qū)域面積減少了128.27km2。關鍵詞：Matlab;遙感影像；地圖；太湖ResearchontheAreaChangeofTaihuLakeBasedontheRemoteSensingImageandtheMapAbstract:TheareachangeofT

2、aihuLakeisstudiedbasedonthemapin1995andtheremotesensingimageoftheLandsat7TMinMay4,2010.Thesinglebandthresholdmethodisusedfortheremotesensingimage,toabstracttheTaihuLake,withtheregioncropfunctiontoreducethenoise.Besided,theareacanalsobeabstractedfromthemapwiththegraythresholdmethod.Then,theareachange

3、isacquriedwiththeminismethodandtheregionanalysismethod,andtheareainthe15yearsiscutby128.27km2.遙感技術由于不受時間和空間的限制，即實時性強、宏觀性強、準確可靠的優(yōu)點，是進行湖泊動態(tài)研究的一種行之有效的方法。本文結合地圖和遙感影像研究太湖區(qū)域面積的時空變化。1數(shù)據(jù)收集與處理1.1數(shù)據(jù)源本文收集了一景美國陸地衛(wèi)星Landsat7TM遙感圖像數(shù)據(jù)，分辨率為30*30m2,日期是2010年5月4日，此時太湖基本處于平均水位，成像時天氣晴朗，已進行過輻射校正和幾何粗校正。地圖比例尺為1：20萬，制作日期為199

4、5年。1.2數(shù)據(jù)預處理首先運用imageprocesssingtoolbox中的cpselect函數(shù)，打開交互窗口，顯示Landsat7TM遙感圖像和1：20萬地圖，拾取控制點，然后運用cp2tform函數(shù)產(chǎn)生投影變換結構體，再運用imtransform對遙感影像實施投影變換，插值方式為雙線性插值，完成圖像配準。圖1太湖地區(qū)Landsat7TM遙感圖像fig.1RemotesensingimageofLandsat7TMforTaihuLake圖2太湖地區(qū)地圖fig.2MapoftheTaihuLake程序代碼如下：Iandasat=imread(taihuandsat_l.jpg)；%打開L

5、andsatTM影像1、2、3波段I_map=imread(taihu_map_l.jpg);%打開地圖cpselect(I_map,Iandasat);%打開交互窗口tform=cp2tform(input_points,base_points,projective);%拾取控制點I_landasat_1=imtransform(I_landasat,tform,bilinear)；%投影變換由于地圖中有注記、圖例等地理符號，干擾水體提取，需要對其再進行預處理，利用photoshop軟件，將太湖區(qū)域填充為同一種顏色，以便于后續(xù)提取。2遙感影像的水體自動化提取2.1單波段閾值法衛(wèi)星影像反映了地

6、物對電磁波的反射及地物本身的熱輻射信息。各種地物由于結構組成及理化性質的不同，對電磁波的反射及本身的熱輻射都存在著差異。遙感所利用的電磁波波長在0.42.5“m之間，天然水體對這個波段電磁波的吸收明顯髙于其他絕大多數(shù)地物，因而水體的總輻射水平較低。在紅外波段，水體吸收的能量高于可見光波段，即使很淺，水體也吸收了近紅外及中紅外波段內的幾乎全部入射能量，反射能量很少；而植被和土壤在這兩個波段內的吸收能量較小，具有較髙的反射特性，這使得水體在這兩個波段上與植被和土壤有著明顯的區(qū)別。進而反映在影像上，水體呈現(xiàn)出暗色調，土壤、植被則相對較亮。閾值法是根據(jù)圖像的直方圖獲取水體的灰度值分布范圍，獲取其閾值的

7、上下限對其進行雙閾值分割的結果，利用閾值上下限法提取水體主要依據(jù)的是不同地物之間的灰度值的差異。TM影像的4波段屬于近紅外波段，根據(jù)上述原理，單波段閾值法就是采用第4波段進行水體信息提取的,其中閾值依據(jù)波段4的灰度直方圖(見圖3)確定。圖3LandsatTM4波段的灰度直方圖fig.3GrayhistgramofLandsatTM4程序代碼如下：Iandasat4=imread(Tandasat4.tif);%打開Landsat4波段Iandasat4_l=(Iandasat4v35);%閾值分割圖4Landsat4波段閾值分割后的圖像圖5去噪后的太湖圖像fig.4Imageclassifie

8、dbytheLandsat4thresholdfig.5Imagewithoutthenoise2.2去噪如圖4所示，需提取出太湖的連通區(qū)域，采用連通區(qū)域函數(shù)regionprops去噪，面積最大區(qū)域即為目標區(qū)域,見圖5。程序代碼如下：I_landasat4_ll=bwlabel(I_landasat4_l);%連通區(qū)域標號I_landasat4_l2=regionprops(I_landasat4_ll，area);%區(qū)域面積統(tǒng)計I_landasat4_l3=cat(l，I_landasat4_l2.Area);I_landasat4_l4=find(I_landasat4_l3=max(I_

9、landasat4_l3);%找最大區(qū)域I_landasat4_l5=(I_landasat4_ll=I_landasat4_l4);imshow(I_landasat4_l5);%顯示最大連通區(qū)域3地圖的水體半自動化提取在對地圖預處理基礎上，采用閾值分割，提取出太湖區(qū)域，見圖6。圖6從地圖提取的太湖區(qū)域fig.6TaihuLakeabstractedfromthemap程序代碼如下：I_map_2=(I_map_1200);4、遙感影像和地圖提取水體的變化檢測變化檢測通常包括了4個方面的內容:(1)確定研究區(qū)域內地物是否發(fā)生了變化;(2)確定在何處發(fā)生了變化;(3)確定變化前后該像元處的地物

10、類型;(4)評估變化的時間和空間分布模式。其中前兩個方面是變化檢測所要達到的基本目標,本文主要針對前兩個方面做一定的研究,采用分類后比較法。分類后比較法是在不同影像進行單獨分類,然后對分類結果進行比較,發(fā)現(xiàn)變化目標。這是一種符合人們直觀思維習慣、較為簡單明晰的變化檢測方法,也是最早出現(xiàn)的變化檢測方法之一，早在上世紀70年代就被應用于Landast衛(wèi)星影像的變化檢測，曾經(jīng)一度認為是最為可靠的變化檢測技術。4.1差值法本文首先利用影像差值方法對分別從地圖和遙感影像提取的太湖目標區(qū)域進行變化檢測，獲取差值影像，并對差值影像進行了專題制圖，用白色代表太湖增加的區(qū)域，黑色代表太湖減少的區(qū)域，灰色代表太湖

11、的不變區(qū)域，見圖7。圖7太湖區(qū)域變化圖fig.7ChangeoftheTaihuLakearea程序代碼如下：I_comparison=I_landasat_55-I_map_1;%圖像作差I_comparison_1=(I_comparison=-1)*0+(I_comparison=0)*125+(I_comparison=1)*255);%灰度拉伸I_comparison_l=uint8(I_comparison_l);%double型轉為uint8型4.2空間分析法利用空間分析可以將變化檢測的結果分為三類,一類是未變化的區(qū)域,一類是增加了的區(qū)域,一類是減少了的區(qū)域,不變的區(qū)域是兩個區(qū)域

12、的交集,增加的區(qū)域是新區(qū)域減去兩個區(qū)域的交集,減少的區(qū)域是舊區(qū)域減去兩個區(qū)域的交集,把這三種區(qū)域在地理信息系統(tǒng)中分別用不同的圖層和顏色來表示,就可以統(tǒng)計增加和減少的區(qū)域的面積了。從上面的變化檢測結果可以看出,發(fā)生變化的區(qū)域并不是只有一處,而且大小不一,如何方便的統(tǒng)計他們的面積,本文利用了地理信息系統(tǒng)中的統(tǒng)計分析的功能,將增加和減少的面積,利用對屬性表的面積字段統(tǒng)計求和的功能，可以快速方便的求出其發(fā)生變化的總面積，表1為統(tǒng)計分析獲取的變化區(qū)域面積，共減少128.27km2。表1太湖區(qū)域面積變化table.1ChangeoftheTaihuLakearea像素點數(shù)面積km2分辨率增加2970433.4145*25減少143720161.68不變875664985合計104908811805結果