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(hào)的Landsat7TM遙感影像，研究太湖區(qū)域面積變化狀況。分別對(duì)遙感影像采用單波段閾值法，并采用regioncrop函數(shù)去噪，對(duì)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(jié)果顯示，15年間太湖區(qū)域面積減少了128.27km2。關(guān)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(shù)由于不受時(shí)間和空間的限制，即實(shí)時(shí)性強(qiáng)、宏觀性強(qiáng)、準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點(diǎn)，是進(jìn)行湖泊動(dòng)態(tài)研究的一種行之有效的方法。本文結(jié)合地圖和遙感影像研究太湖區(qū)域面積的時(shí)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(shí)太湖基本處于平均水位，成像時(shí)天氣晴朗，已進(jìn)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(yù)處理首先運(yùn)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(diǎn)，然后運(yùn)用cp2tform函數(shù)產(chǎn)生投影變換結(jié)構(gòu)體，再運(yùn)用imtransform對(duì)遙感影像實(shí)施投影變換，插值方式為雙線性插值，完成圖像配準(zhǔn)。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(diǎn)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(hào)，干擾水體提取，需要對(duì)其再進(jìn)行預(yù)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(dòng)化提取2.1單波段閾值法衛(wèi)星影像反映了地

6、物對(duì)電磁波的反射及地物本身的熱輻射信息。各種地物由于結(jié)構(gòu)組成及理化性質(zhì)的不同，對(duì)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(duì)這個(gè)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(nèi)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(gè)波段內(nèi)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(gè)波段上與植被和土壤有著明顯的區(qū)別。進(jìn)而反映在影像上，水體呈現(xiàn)出暗色調(diào)，土壤、植被則相對(duì)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(duì)其進(jìn)行雙閾值分割的結(jié)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(jìn)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(biāo)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(biāo)號(hào)I_landasat4_l2=regionprops(I_landasat4_ll，area);%區(qū)域面積統(tǒng)計(jì)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(dòng)化提取在對(duì)地圖預(yù)處理基礎(chǔ)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(gè)方面的內(nèi)容:(1)確定研究區(qū)域內(nèi)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(píng)估變化的時(shí)間和空間分布模式。其中前兩個(gè)方面是變化檢測所要達(dá)到的基本目標(biāo),本文主要針對(duì)前兩個(gè)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(jìn)行單獨(dú)分類,然后對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)變化目標(biāo)。這是一種符合人們直觀思維習(xí)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(jì)70年代就被應(yīng)用于Landast衛(wèi)星影像的變化檢測，曾經(jīng)一度認(rèn)為是最為可靠的變化檢測技術(shù)。4.1差值法本文首先利用影像差值方法對(duì)分別從地圖和遙感影像提取的太湖目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行變化檢測，獲取差值影像，并對(duì)差值影像進(jìn)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(lǐng)_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(zhuǎn)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(jié)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(gè)區(qū)域

12、的交集,增加的區(qū)域是新區(qū)域減去兩個(gè)區(qū)域的交集,減少的區(qū)域是舊區(qū)域減去兩個(gè)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(jì)增加和減少的區(qū)域的面積了。從上面的變化檢測結(jié)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(jì)他們的面積,本文利用了地理信息系統(tǒng)中的統(tǒng)計(jì)分析的功能,將增加和減少的面積,利用對(duì)屬性表的面積字段統(tǒng)計(jì)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(jì)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(diǎn)數(shù)面積km2分辨率增加2970433.4145*25減少143720161.68不變875664985合計(jì)104908811805結(jié)果