■周欢 陈圣波

（吉林大学地球探测科学与技术学院吉林长春130026）

资源三号卫星高邮湖地区水体自动提取

■周欢 陈圣波

（吉林大学地球探测科学与技术学院吉林长春130026）

针对不同遥感影像，提取水体的方法国内外有很多研究。但对于我国自主研制的资源三号卫星影像的研究目前并不多，其中能够实现自动提取的方法更是少之又少。本文运用资源三号卫星多光谱影像数据计算归一化水体指数（NDWI），结合C++、Qt和GDAL编程，实现水体自动提取。结果表明利用归一化水体指数提取资源三号卫星影像的水体有可行性，并且可通过编程实现主动提取。与目视解译的图像对比，精确度达82.71%。

资源三号卫星 水体自动提取 归一化水体指数 高邮湖

1　引言

利用遥感卫星影像提取水体近年来被广泛研究和应用，如何快速、准确地从遥感影像中提取水体信息，为土地分类、水资源调查、洪涝灾害的监测及淹没面积的估算等方面提供了重要的技术手段[1]。

归纳起来，水体提取的方法主要有三种，分别为单波段阈值法、谱间关系法和水体指数法。张哲等基于TM影像对洞庭湖水体运用短波红外波段设定阈值提取，结果与目视判读基本一致，但阈值设定受主观影响较大[2]；汪金花等基于TM影像运用谱间关系建立水体光谱特征模型，对陡河水库进行水体提取，总体效果较好，但由于构建的光谱特征模型没有定式而导致进行编程难度较大，不具有普遍性[3]；MCFEETERS基于MSS影像提出归一化水体指数（NDWI），提取水体效果较好，虽然对于有较多建筑物的水体效果较差[4]，但该方法实现起来相对比较简单。

因此，本文根据归一化水体指数的方法，基于资源三号卫星影像，对江苏省扬州市高邮湖区域水体进行自动提取。

图1　试验区影像

2　试验区及数据

2.1试验区概况

高邮湖位于江苏省高邮市，地处东经119°06′～119°25′，北纬32°42′～33°41′，是全国第六大淡水湖、江苏省第三大淡水湖。南北长约42公里，东西宽约25公里，跨江苏、安徽两省四地（高邮、宝应、金湖和天长），水域面积为780平方公里。

2.2数据

资源三号（ZY～3）卫星作为中国第一颗自主的民用高分辨率立体测绘卫星，于2012年1月9日发射升空。其地面分辨率为2.1m的全色正视影像数据，地面分辨率为3.6m的全色前视、全色后视影像数据和地面分辨率为5.8m的多光谱正视四组影像数据，多光谱数据有4个波段（分别对应可见光波段（R、G、B）和近红外波段）。通过立体观测，可以测制1:5万比例尺地形图，为国土资源、农业、林业等领域提供服务。本文在高邮湖地区的资源三号多光谱影像进行几何校正的基础上，裁剪大小为3104 3360的影像作为用来研究自动提取水体的区域（如图1）。

3　水体自动提取方法

3.1归一化水体指数（NDWI）

MCFEETERS于1996年基于归一化植被指数（NDVI）提出了归一化水体指数（NDWI），其表达式为：

选择这两个波段来进行比值运算是因为：（1）通过使用绿光波段使水体具有极大的反射率；（2）在近红外波段，水体有极小的反射率；（3）利用陆地制备和土壤在近红外波段的高反射率[4]。最终的运算结果中，水体为正值，而土壤和陆地植被为0或负值。

3.2水体自动提取

本文在Windows操作系统下，结合了C++、Qt和GDAL开发了水体提取程序[5,6]。其中，界面是在李民录“使用RasterIO快速显示图像”的基础上设计的[7]（如图2）。

图2　水体提取界面图

在此界面的基础上，根据流程图（图3）设计添加计算归一化水体指数的算法，使程序可自动提取影像上的水体。最后将提取的结果转成矢量图，如图4，蓝色部分为水体，绿色部分为其他地物。

3.3结果

本文针对资源三号卫星影像，使用归一化水体指数（NDWI），进行水体自动提取算法研究。将矢量图与原始影像对比，可以看出，原始影像中的水体大部分都已经提取出来，提取的水体面积约为25.02km2。以原始影像对研究区的目视解译结果作为参考，精确度达82.71%。说明利用归一化水体指数方法，可以较好的在资源三号卫星影像上提取水体。

图3　水体提取流程图

图4　水体提取矢量图

4　结论

目前，利用资源三号卫星影像提取水体的方法研究并不多，其中自动提取的方法也很有限。本文通过编程，实现了用NDWI在资源三号影像上自动提取水体的算法。提取效果总体较好，但仍存在漏提和误提的现象，精确度有待提高。

［1］赵芳，朱丰琪，冯仲科，等.运用资源三号卫星影像数据提取水体信息的方法研究 ［J］.测绘通报，2014，18:25～28.

［2］张哲，刘云鹤.基于 TM影像的水域提取方法研究 ［J］.地下水，2011，33 （5）:166～167.

［3］汪金花，张永彬，孔改红.谱间关系法在水体特征提取中的应用 ［J］.矿山测量，2001，4：30～32.

［4］McFeeters S K.The use of the Normalized Difference Water Index（NDWI）in the delineation of open water features［J］.International Journal of Remote Sensing，1996，17 （7）:1425～1432.

［5］Stephen Prata.C++Primer Plus［M］ （张海龙，袁国忠译）.北京：人民邮电出版社，2012.

［6］王昀，陈浩，万红霞.基于Qt、GDAL处理遥感影像 GeoTIFF数据的应用 ［J］.网络新媒体，2012，1（5）:47～49.

［7］李民录.（May 29，2012）"使用RasterIO快速显示图像"［Online］Available:http: //blog.csdn.net/liminlu0314/article/details/7613894 2015～04～04.

Automatic Water Extraction inGaoyouLakeRegion based on ZY～3 Imagery

ZhouHuan,ChenShengbo
Collegeof GeoExploration Science and Technology,Jilin University, Changchun130026,China

For different remote sensing images,there are various studies on the method of water extraction both in China and abroad.But theresearches for China's home～grown ZY～3 images are few,which automatic extractionis muchrarer.Inthis paper,ZY～3 multispectral image datais usedtocalculatetheNormalized DifferenceWater Index(NDWI), combied with C++,Qt and GDAL programming,to realize the automatic water extraction.Results show that using NDWI can extract water in ZY～3 imagery,and can realize the active extraction by programming. Comparedwithnakedinterpretationimage,theaccuracy isupto82.71%.

ZY～3;automatic water extraction;the Normalized DifferenceWaterIndex;GaoyouLake

P171.3[文献码]B

1000～405X（2016）～4～445～2

周欢（1990～），女，硕士研究生，研究方向为遥感地质。

陈圣波（1967～），男，教授，博士生导师，研究方向为遥感地质。