歸一化水指數(shù)模型應用洪災監(jiān)測技術方案

1、歸一化水指數(shù)模型應用洪災監(jiān)測技術方案2011-06-17 8:35洪水災害是當今世界上造成損失最大的自然災害之一，在洪澇災害發(fā)生時，如何 快速、動態(tài)、準確地提取水體信息，確定洪水淹沒區(qū)域和受災程度，為政府開展 救援工作提供及時而準確信息，具有十分重要的意義。遙感技術以其高重復頻率 和大范圍觀測能力，能為決策部門提供了大量的洪澇地區(qū)淹沒過程的實時信息。應用遙感技術監(jiān)測洪澇災害的技術方法和流程有很多，下面介紹一種較為實用和 簡單的方法。歸一化水指數(shù)模型Mcfeeters提出的歸一化差異水體指數(shù)(簡稱歸一化水指數(shù))NDWI(Normalized Difference Water Index)便是其中

2、之一，其公式如下：NDWI = (BGreen - BNIR ) / (BGreen +BNIR )式中，BGreen代表綠光波段；BNIR代表近紅外波段。模型的基本原理：由于水體的反射從可見光到中紅外波段逐漸減弱，在近紅外和 中紅外波長范圍內(nèi)吸收性最強，幾乎無反射。因此用可見光波段和近紅外波段的 反差構成的NDWI可以突出影像中的水體信息(水體的NDWI值大)。另外由于植 被在近紅外波段的反射率一般最強，因此采用綠光波段與近紅外波段的比值可以 最大程度地抑制植被的信息，從而達到突出水體信息的目的。這也是Mcfeeters 選用近紅外波段構建該指數(shù)的原因。Mcfeeters模型考慮到植被的影響

3、，后來很多學者又將土壤、建筑物等因素考慮 進去，提出一些改進型的歸一化水指數(shù)(徐涵秋)：MNDWI= (BGreen - BSWIR ) / (BGreen +BSWIR )BSWIR表示中紅外波段。Wilson等又提出(BNIR - BSWIR ) / (BNIR +BSWIR )用于研究植被的水分及土 壤濕度等。技術流程 基本原理與流程:分別計算洪災前影像和洪災后影像的NDWI，對兩個時相的NDWI 做差值運算，選擇閾值對NDWI差值圖像進行分類，如NDWI差值為正表示水體增 加，可認為洪水淹沒區(qū)。詳細流程如下圖：NDWI差值計算分類閾值確定圖像分類及后處理輸出洪水淹沒圖1監(jiān)測流程圖圖像配

4、準：兩個時相影像精確的空間配準是整個流程的前提。NDWI計算：可根據(jù)數(shù)據(jù)情況（如：是否包括中紅外波段）和主要地表覆蓋類型 （植被、建筑物、裸土等）選擇不同的計算模型。分類閾值確定：理想情況是NDWI差值大于0為水體淹沒區(qū)，由于其他地表覆蓋 類型的干擾，這個閾值往往不為0。可選擇一些算法自動計算，再結合目視預覽 效果進行調(diào)節(jié)。圖像分類及后處理：選擇大于“分類閾值”的區(qū)域作為輸出結果。最初結果中往 往包括一些“小圖斑，選擇性的對這些小圖斑進行剔除。為了滿足應急救災的需求，整個流程應該在統(tǒng)一界面下流程化完成。詳細實現(xiàn)步驟直接使用ENVI EX下的遙感變化監(jiān)測工具Image Change完成整個流程。

5、ImageChange工具采用向導式操作，詳細過程如下：啟動ENVI EX,并打開兩個時相的影像文件。雙擊 Workflow-Image Change 工具，分別為 Timel File 選擇災前影像，Time2File選擇災后影像，單擊Next進入Image Co-Registration面板。圖2選擇前后時相的影像這一步選擇是否執(zhí)行圖像配準。如果圖像沒有精確配準，可選擇自動選擇同 名點執(zhí)行圖像配準。單擊Next進入Change Method Choice面板在 Change Method Choice 面板中，選擇 Image Difference，單擊 Next 進入 Image Dif

6、ference 面板。圖3圖像配準選項在 Image Difference 面板中，選擇 Difference of Feature Index，之后選 擇 Water Index(NDWI)o在Advanced選項中，默認為Band1和Band2選擇了相應的波段。這里計算公 式為：(Band2 - Band1) / (Band2 + Band1)。根據(jù)數(shù)據(jù)的實際情況選擇波段。單擊 Next 進入 Thresholding or Export 面板，直接選擇 Apply Thresholding 后，單擊 Next 進入 Change Thresholding 面板。CuiCfllinags t lan ge 腿心益.Image DifferentApply Difference Analysts5s f f r riC 審 thEDcfference of Input Bandb =Difer&nce wf Fwtii怕Spsdral 莊n愜 DifferenceStlac t Zrtlurt lailti圖4計算NDWI及差值在Change Thresholding面板中，選擇感興趣的變化：Increase Only (增加)。 提供了四種自動計算閾值方法，選擇Otsus，勾選Preview預覽結果分類結果。 在Manual選項中可以手動調(diào)整閾值。單擊Next進入C