遙感與水災(zāi)監(jiān)測分解學(xué)習(xí)資料

1、Page 1遙感與水災(zāi)監(jiān)測分解遙感與水災(zāi)監(jiān)測分解水災(zāi)監(jiān)測水災(zāi)監(jiān)測洪水災(zāi)害特征描述洪水災(zāi)害特征描述洪水災(zāi)害的監(jiān)測洪水災(zāi)害的監(jiān)測洪水監(jiān)測的不同方法洪水監(jiān)測的不同方法結(jié)束語結(jié)束語主要內(nèi)容主要內(nèi)容Page 3水災(zāi)監(jiān)測水災(zāi)監(jiān)測 洪水災(zāi)害是一種驟發(fā)性的自然災(zāi)害，短者數(shù)日，最長者也僅12月，從災(zāi)害發(fā)生的過程看，洪水災(zāi)害監(jiān)測可分為災(zāi)前的孕災(zāi)環(huán)境監(jiān)測，包括雨情、水情及工情的監(jiān)測，主要服務(wù)于災(zāi)害預(yù)測預(yù)報；災(zāi)中災(zāi)情監(jiān)測，側(cè)重于洪災(zāi)淹沒范圍、嚴(yán)重程度、險情等監(jiān)測，主要服務(wù)于抗災(zāi)搶險；災(zāi)后監(jiān)測，偏重于災(zāi)后環(huán)境破壞及其影響監(jiān)測，主要服務(wù)于救災(zāi)與家園重建規(guī)劃。Page 4洪水災(zāi)害特征描述洪水災(zāi)害特征描述n 為了能有效地監(jiān)測

2、和評估洪水災(zāi)害，這里從洪災(zāi)的自然、為了能有效地監(jiān)測和評估洪水災(zāi)害，這里從洪災(zāi)的自然、社會經(jīng)濟和環(huán)境影響三方面，闡述如下社會經(jīng)濟和環(huán)境影響三方面，闡述如下n （1）洪水災(zāi)害的自然特征：）洪水災(zāi)害的自然特征：n 洪水災(zāi)害的自然特征偏重于從洪水角度來分析。洪水淹沒范圍、洪水災(zāi)害的自然特征偏重于從洪水角度來分析。洪水淹沒范圍、淹沒歷時和水深是描述某一場洪災(zāi)自然特征的最基本要素，綜合淹沒歷時和水深是描述某一場洪災(zāi)自然特征的最基本要素，綜合地反映洪災(zāi)之嚴(yán)重程度。另外洪水沖擊力場可用于刻劃洪水的推地反映洪災(zāi)之嚴(yán)重程度。另外洪水沖擊力場可用于刻劃洪水的推毀力，常由數(shù)值模擬計算分析得出。洪水頻率和洪災(zāi)風(fēng)險常用于

3、毀力，常由數(shù)值模擬計算分析得出。洪水頻率和洪災(zāi)風(fēng)險常用于刻劃某一區(qū)域洪災(zāi)發(fā)生的總體趨勢及其空間分布狀況，多根據(jù)歷刻劃某一區(qū)域洪災(zāi)發(fā)生的總體趨勢及其空間分布狀況，多根據(jù)歷史資料的分析而計算得出，并用于區(qū)域規(guī)劃。洪水最高水位、警史資料的分析而計算得出，并用于區(qū)域規(guī)劃。洪水最高水位、警戒水位等常用于描述河道洪水的嚴(yán)重性。戒水位等常用于描述河道洪水的嚴(yán)重性。Page 5n （2）洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟特征：）洪水災(zāi)害的社會經(jīng)濟特征：n 洪水災(zāi)害是造成人民生命傷亡、財產(chǎn)損失的主要自然災(zāi)害，影響洪水災(zāi)害是造成人民生命傷亡、財產(chǎn)損失的主要自然災(zāi)害，影響人口及傷亡人口數(shù)是其中最重要的描述特征指標(biāo)。直接經(jīng)濟損失人口

4、及傷亡人口數(shù)是其中最重要的描述特征指標(biāo)。直接經(jīng)濟損失和間接經(jīng)濟損失則是刻劃其經(jīng)濟影響最常用的指標(biāo)，包括以物或和間接經(jīng)濟損失則是刻劃其經(jīng)濟影響最常用的指標(biāo)，包括以物或貨幣計量的不同方式。當(dāng)信息不完整時，可借助于淹沒區(qū)居民地貨幣計量的不同方式。當(dāng)信息不完整時，可借助于淹沒區(qū)居民地識別，通過間接相關(guān)分析，推算影響的人口、倒塌房屋等，從而識別，通過間接相關(guān)分析，推算影響的人口、倒塌房屋等，從而估算出可能造成的經(jīng)濟損失。估算出可能造成的經(jīng)濟損失。Page 6n （3）洪水災(zāi)害的生態(tài)環(huán)境影響特征：）洪水災(zāi)害的生態(tài)環(huán)境影響特征：n 洪災(zāi)對人類生存環(huán)境的影響及破壞是巨大的，強烈的沖刷與淤積破洪災(zāi)對人類生存環(huán)境

5、的影響及破壞是巨大的，強烈的沖刷與淤積破壞了原河道、湖泊的平衡；洪水所帶來的泥沙，淤積農(nóng)田等。另外壞了原河道、湖泊的平衡；洪水所帶來的泥沙，淤積農(nóng)田等。另外，隨洪水而來的雜物、污染物等引起水質(zhì)變壞、產(chǎn)生水域性傳染病，隨洪水而來的雜物、污染物等引起水質(zhì)變壞、產(chǎn)生水域性傳染病等。目前對這方面研究還比較少，而且監(jiān)測是一個長期的過程。等。目前對這方面研究還比較少，而且監(jiān)測是一個長期的過程。Page 7洪水災(zāi)害的監(jiān)測洪水災(zāi)害的監(jiān)測Page 8n基于基于NOAA/AVHRR影像的洪災(zāi)監(jiān)測影像的洪災(zāi)監(jiān)測 n 利用利用NOAA氣象衛(wèi)星監(jiān)測洪澇災(zāi)害在國內(nèi)外已開展了大量研究與氣象衛(wèi)星監(jiān)測洪澇災(zāi)害在國內(nèi)外已開展了大

6、量研究與應(yīng)用，研究方法也不斷深入。利用三通道彩色合成圖像目視解譯應(yīng)用，研究方法也不斷深入。利用三通道彩色合成圖像目視解譯分析洪水動態(tài)變化，利用二通道圖象提取洪災(zāi)信息，利用通道二分析洪水動態(tài)變化，利用二通道圖象提取洪災(zāi)信息，利用通道二、一之比值圖象檢測水體，利用通道提取亮度來識別水體、并對、一之比值圖象檢測水體，利用通道提取亮度來識別水體、并對洪水進行晝夜監(jiān)測，利用洪災(zāi)光譜模型自動提取淹沒范圍等洪水進行晝夜監(jiān)測，利用洪災(zāi)光譜模型自動提取淹沒范圍等.n 氣象衛(wèi)星雖然不能穿透云層觀測，但由于兩顆氣象衛(wèi)星雖然不能穿透云層觀測，但由于兩顆NOAA衛(wèi)星每天可衛(wèi)星每天可在不同時間過境四次，周期短；可能避開云

7、層，大大提高了無云在不同時間過境四次，周期短；可能避開云層，大大提高了無云觀測的可能性，而且利用其熱紅外通道可晝夜監(jiān)測洪澇?？傊?，觀測的可能性，而且利用其熱紅外通道可晝夜監(jiān)測洪澇?？傊?，氣象衛(wèi)星高時間分辨率、成像范圍大等特征使其成為大范圍洪澇氣象衛(wèi)星高時間分辨率、成像范圍大等特征使其成為大范圍洪澇動態(tài)監(jiān)測的重要手段。動態(tài)監(jiān)測的重要手段。洪水監(jiān)測的不同方法洪水監(jiān)測的不同方法Page 9通道通道波長范圍（波長范圍（ m m）對應(yīng)的波段對應(yīng)的波段地面分辨率（星下點，地面分辨率（星下點，kmkm）AVHRR AVHRR 1 10.55 0.55 0.680.68綠綠紅紅1.11.1AVHRR AVHR

8、R 2 20.725 0.725 1.11.1近紅外近紅外1.11.1AVHRR AVHRR 3 33.55 3.55 3.933.93熱紅外熱紅外1.11.1AVHRR AVHRR 4 410.5 10.5 11.311.3熱紅外熱紅外1.11.1AVHRR AVHRR 5 511.5 11.5 12.512.5熱紅外熱紅外1.11.1AVHRR的主要通道的主要通道NOAA氣象衛(wèi)星云圖氣象衛(wèi)星云圖Page 11n基于基于Landsat TM影像的洪災(zāi)監(jiān)測影像的洪災(zāi)監(jiān)測n優(yōu)點優(yōu)點：高空間分辨率、多波段的高空間分辨率、多波段的TM影像包含了豐富的地面水分影像包含了豐富的地面水分狀況和植被長勢信息

9、，其狀況和植被長勢信息，其1、2波段對水體有一定的穿透性，有助波段對水體有一定的穿透性，有助于探測水層深淺和劃分混濁的洪水與清澈的自然水體于探測水層深淺和劃分混濁的洪水與清澈的自然水體;而位于中紅而位于中紅外的第外的第5、7波段，反映水體和水陸邊界特別敏銳。因此波段，反映水體和水陸邊界特別敏銳。因此TM對洪對洪水災(zāi)情的監(jiān)測和分析特別有效。水災(zāi)情的監(jiān)測和分析特別有效。n缺點缺點：但是，由于資源衛(wèi)星軌道重復(fù)周期長，難以掌握洪災(zāi)的動但是，由于資源衛(wèi)星軌道重復(fù)周期長，難以掌握洪災(zāi)的動態(tài)信息，其不能獲得有關(guān)洪災(zāi)的直接信息，加上態(tài)信息，其不能獲得有關(guān)洪災(zāi)的直接信息，加上TM無微波通道，無微波通道，不能穿透

10、云雨，在雨季很難得到清晰可用的影像。因此很難依靠不能穿透云雨，在雨季很難得到清晰可用的影像。因此很難依靠TM遙感數(shù)據(jù)掌握實時的洪澇災(zāi)情信息，所以要合理地利用遙感數(shù)據(jù)掌握實時的洪澇災(zāi)情信息，所以要合理地利用TM影影像監(jiān)測洪水災(zāi)害，建立各種反演模型，實現(xiàn)洪災(zāi)的遙感評估。像監(jiān)測洪水災(zāi)害，建立各種反演模型，實現(xiàn)洪災(zāi)的遙感評估。Page 12n（1 1）洪災(zāi)參數(shù)的提?。┖闉?zāi)參數(shù)的提取n 充分利用充分利用TM影像中豐富信息，不僅能提取洪災(zāi)影響范圍，而且應(yīng)該建立反演模型影像中豐富信息，不僅能提取洪災(zāi)影響范圍，而且應(yīng)該建立反演模型，計算洪水淹沒深度和淹沒歷時。另一方面，借助于，計算洪水淹沒深度和淹沒歷時。另一

11、方面，借助于TM影象對植被生長狀況的反影象對植被生長狀況的反應(yīng)，間接評價洪水嚴(yán)重程度，建立洪災(zāi)災(zāi)情與相應(yīng)應(yīng)，間接評價洪水嚴(yán)重程度，建立洪災(zāi)災(zāi)情與相應(yīng)TM數(shù)據(jù)相關(guān)關(guān)系，為洪水災(zāi)情數(shù)據(jù)相關(guān)關(guān)系，為洪水災(zāi)情的遙感分析提供數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。例如利用的遙感分析提供數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。例如利用K-T變換，反映地面濕度信息、綠度指標(biāo)等，變換，反映地面濕度信息、綠度指標(biāo)等，建立起重災(zāi)區(qū)、中等災(zāi)區(qū)、輕災(zāi)區(qū)、無災(zāi)區(qū)等劃分模型。建立起重災(zāi)區(qū)、中等災(zāi)區(qū)、輕災(zāi)區(qū)、無災(zāi)區(qū)等劃分模型。n（2 2）專題信息提?。ｎ}信息提取n 多波段的多波段的TM影像常用于作本底情況分析，所以研究區(qū)內(nèi)影像常用于作本底情況分析，所以研究區(qū)內(nèi)TM影像分類的好壞是

12、信息影像分類的好壞是信息評估的關(guān)鍵，尤其是通過遙感獲取的災(zāi)情評估模型所需的輸入?yún)?shù)。洪災(zāi)分析本身評估的關(guān)鍵，尤其是通過遙感獲取的災(zāi)情評估模型所需的輸入?yún)?shù)。洪災(zāi)分析本身具有社會經(jīng)濟特征，要求提取的專題信息與人類的活動息息相關(guān)，如居民地的提取具有社會經(jīng)濟特征，要求提取的專題信息與人類的活動息息相關(guān)，如居民地的提取、重點設(shè)施的提取及土地利用分類等。而影像反映的信息更多是地表自然狀況，所、重點設(shè)施的提取及土地利用分類等。而影像反映的信息更多是地表自然狀況，所以需要從分類體系到方法進行一定的轉(zhuǎn)變符合實際的要求。以需要從分類體系到方法進行一定的轉(zhuǎn)變符合實際的要求。Page 13n雷達遙感的洪災(zāi)監(jiān)測雷達遙

13、感的洪災(zāi)監(jiān)測 n星載雷達遙感的洪災(zāi)監(jiān)測星載雷達遙感的洪災(zāi)監(jiān)測 n優(yōu)勢優(yōu)勢：利用星載雷達遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測洪水災(zāi)害已有許：利用星載雷達遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測洪水災(zāi)害已有許多成功案例。加拿大利用多成功案例。加拿大利用RadarsatRadarsat資料成功地監(jiān)測資料成功地監(jiān)測了發(fā)生在圣了發(fā)生在圣勞倫斯流域的洪災(zāi)，我國也曾利用勞倫斯流域的洪災(zāi)，我國也曾利用JERSJERS1 1監(jiān)測了海河流域；利用監(jiān)測了海河流域；利用ERSERS1/21/2和和RadarsatRadarsat監(jiān)測監(jiān)測19981998年發(fā)生在長江和嫩江流域的洪災(zāi)年發(fā)生在長江和嫩江流域的洪災(zāi)。n缺點缺點：但由于：但由于SARSAR成像機理不同于光學(xué)遙感

14、，成像機理不同于光學(xué)遙感，SARSAR影影像的處理和專題信息提取等方面還有許多所有待解像的處理和專題信息提取等方面還有許多所有待解決。決。Page 14n（1 1） 影像預(yù)處理影像預(yù)處理雷達影像對地物紋理的反映更為細密，層次更豐富，但是一些雷達信號對于雷達影像對地物紋理的反映更為細密，層次更豐富，但是一些雷達信號對于解譯起干擾作用，表現(xiàn)為解譯起干擾作用，表現(xiàn)為“噪音噪音”。例如，水體在可見光多光譜圖像多波段。例如，水體在可見光多光譜圖像多波段都顯示深色調(diào)，而雷達影像可顯示為白、灰白或暗黑等。因此在進行圖像應(yīng)都顯示深色調(diào)，而雷達影像可顯示為白、灰白或暗黑等。因此在進行圖像應(yīng)用時，應(yīng)選擇較合適方法

15、，對雷達影像進行預(yù)處理。如天線方向圖校正、斑用時，應(yīng)選擇較合適方法，對雷達影像進行預(yù)處理。如天線方向圖校正、斑點噪聲的濾波、依靠斑點相關(guān)的變化檢測等。點噪聲的濾波、依靠斑點相關(guān)的變化檢測等。n（2 2）地形影響之消除）地形影響之消除地形起伏對地形起伏對SARSAR影響像較大，其產(chǎn)生的陰影以及波譜特征看，和水體極為相似影響像較大，其產(chǎn)生的陰影以及波譜特征看，和水體極為相似，從而增加了自動識別水體難度。同時地形帶來，從而增加了自動識別水體難度。同時地形帶來SARSAR的影像畸變，為幾何校正的影像畸變，為幾何校正帶來困難。帶來困難。Page 15n（3 3）水體專題信息提取的智能化）水體專題信息提取

16、的智能化由于斑點噪聲的存在和圖像特征的復(fù)雜，雷達圖像的分類及專題信息提取需要由于斑點噪聲的存在和圖像特征的復(fù)雜，雷達圖像的分類及專題信息提取需要采取諸如紋理提取、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、上下文分類等特殊的處理方法，才能得到高精采取諸如紋理提取、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、上下文分類等特殊的處理方法，才能得到高精度的結(jié)果，因此有必要進一步研究，基于紋理特征的水體專題信息提取的方法度的結(jié)果，因此有必要進一步研究，基于紋理特征的水體專題信息提取的方法。1998年特大水災(zāi)年特大水災(zāi)JERS-1 SAR 98-7-29)Page 17n基于機載雷達的洪災(zāi)監(jiān)測基于機載雷達的洪災(zāi)監(jiān)測 n優(yōu)勢優(yōu)勢：水利部遙感中心和國家遙感中心航空遙感部：水

17、利部遙感中心和國家遙感中心航空遙感部利用引進的機載側(cè)視雷達系統(tǒng)獲取的圖象，分辨率利用引進的機載側(cè)視雷達系統(tǒng)獲取的圖象，分辨率可達可達3 3米左右。中國科學(xué)院研制機載合成側(cè)視雷達系米左右。中國科學(xué)院研制機載合成側(cè)視雷達系統(tǒng)可獲得分辨率統(tǒng)可獲得分辨率1010米的圖象。雷達圖象十分清楚的米的圖象。雷達圖象十分清楚的顯示了水陸邊界線，從而可以準(zhǔn)確地確定洪水淹沒顯示了水陸邊界線，從而可以準(zhǔn)確地確定洪水淹沒范圍。范圍。n缺點：缺點：但同時機載雷達影像獲取的費用高，飛行受但同時機載雷達影像獲取的費用高，飛行受天氣的影響大，同時獲取的影像基本上人工處理，天氣的影響大，同時獲取的影像基本上人工處理，費時費力，所

18、以一般在特大洪水應(yīng)急中才使用。費時費力，所以一般在特大洪水應(yīng)急中才使用。Page 18n（1 1） 幾何校正與影象鑲嵌幾何校正與影象鑲嵌機載機載SARSAR僅經(jīng)系統(tǒng)成像處理獲取的圖象幾何保真度較低，飛機在較惡劣的條件僅經(jīng)系統(tǒng)成像處理獲取的圖象幾何保真度較低，飛機在較惡劣的條件下作業(yè)，不易保持高穩(wěn)定性，同時攝像地區(qū)地形起伏等因素，都導(dǎo)致圖像幾下作業(yè)，不易保持高穩(wěn)定性，同時攝像地區(qū)地形起伏等因素，都導(dǎo)致圖像幾何畸變加劇。同時機載何畸變加劇。同時機載SARSAR影像由于分辨率較高，每個條帶地面覆蓋面積狹窄影像由于分辨率較高，每個條帶地面覆蓋面積狹窄，尤其洪水期間，沿江河兩側(cè)的許多明顯地物被水淹沒，難

19、于選取合適的控，尤其洪水期間，沿江河兩側(cè)的許多明顯地物被水淹沒，難于選取合適的控制點，為影像幾何校正與鑲嵌造成困難。此外獲取的影像經(jīng)掃描轉(zhuǎn)換為數(shù)字制點，為影像幾何校正與鑲嵌造成困難。此外獲取的影像經(jīng)掃描轉(zhuǎn)換為數(shù)字影像等，又產(chǎn)生誤差。這一系列的幾何誤差及系統(tǒng)誤差都為實際應(yīng)用帶來困影像等，又產(chǎn)生誤差。這一系列的幾何誤差及系統(tǒng)誤差都為實際應(yīng)用帶來困難。難。n（2 2）半自動化目標(biāo)提?。┌胱詣踊繕?biāo)提取分辨率高的影像提供了豐富的地面信息，為洪災(zāi)造成的損失的直接判定提供分辨率高的影像提供了豐富的地面信息，為洪災(zāi)造成的損失的直接判定提供了基礎(chǔ)，但急需從人工目視解譯中解放出來，通過人機交互處理實現(xiàn)半自動了基

20、礎(chǔ)，但急需從人工目視解譯中解放出來，通過人機交互處理實現(xiàn)半自動化目標(biāo)的提取?；繕?biāo)的提取。玉樹縣航空玉樹縣航空SAR影像影像Page 20n 洪水災(zāi)害遙感綜合監(jiān)測系統(tǒng)洪水災(zāi)害遙感綜合監(jiān)測系統(tǒng)n（1）重點區(qū)域控制點庫的建立）重點區(qū)域控制點庫的建立空間位置的精確匹配，是實現(xiàn)正確提取遙感所包含的空間位置的精確匹配，是實現(xiàn)正確提取遙感所包含的信息，研究其在時間尺度上的變化，認(rèn)識不同遙感數(shù)信息，研究其在時間尺度上的變化，認(rèn)識不同遙感數(shù)據(jù)間的相關(guān)關(guān)系，建立和發(fā)展嚴(yán)格的空間、時間和光據(jù)間的相關(guān)關(guān)系，建立和發(fā)展嚴(yán)格的空間、時間和光譜分析模型的基本保證。由于洪水常發(fā)區(qū)的地點較為譜分析模型的基本保證。由于洪水常發(fā)

21、區(qū)的地點較為固定，為實現(xiàn)快速反應(yīng)和多源數(shù)據(jù)的混合應(yīng)用，有必固定，為實現(xiàn)快速反應(yīng)和多源數(shù)據(jù)的混合應(yīng)用，有必要建立區(qū)域控制點圖片庫、控制信息庫。要建立區(qū)域控制點圖片庫、控制信息庫。Page 21n（2）多源數(shù)據(jù)綜合利用）多源數(shù)據(jù)綜合利用多波段的多波段的TM影像作為本底情況分析，高時相分辨率的影像作為本底情況分析，高時相分辨率的氣象衛(wèi)星和全天候的氣象衛(wèi)星和全天候的SAR則有助于實現(xiàn)準(zhǔn)實時、洪災(zāi)則有助于實現(xiàn)準(zhǔn)實時、洪災(zāi)過程的動態(tài)監(jiān)測。如何將它們綜合利用，建立模型將過程的動態(tài)監(jiān)測。如何將它們綜合利用，建立模型將遙感信息直接轉(zhuǎn)化為洪澇災(zāi)情信息，極為重要。尤其遙感信息直接轉(zhuǎn)化為洪澇災(zāi)情信息，極為重要。尤其是

22、研究雷達與高分辨率的光學(xué)影像這種不同類型數(shù)據(jù)是研究雷達與高分辨率的光學(xué)影像這種不同類型數(shù)據(jù)對相同地物觀測所表現(xiàn)出的響應(yīng)特征和信息分布規(guī)律對相同地物觀測所表現(xiàn)出的響應(yīng)特征和信息分布規(guī)律，找出它們之間信息內(nèi)容上的差異和類同性，從而發(fā)，找出它們之間信息內(nèi)容上的差異和類同性，從而發(fā)現(xiàn)它們之間地物信息表征上的相關(guān)關(guān)系或函數(shù)模型，現(xiàn)它們之間地物信息表征上的相關(guān)關(guān)系或函數(shù)模型，實現(xiàn)真正意義上的影像融合。實現(xiàn)真正意義上的影像融合。1998年特大年特大水災(zāi)水災(zāi)-武漢簲武漢簲州地區(qū)災(zāi)前州地區(qū)災(zāi)前衛(wèi)星影像衛(wèi)星影像(TM 97-9-21)1998年特大年特大水災(zāi)水災(zāi)-武漢簲武漢簲州衛(wèi)星影像州衛(wèi)星影像(TM+SAR 98-7-26)1998年特大年特大水災(zāi)水災(zāi)-武漢簲武漢簲州衛(wèi)星影像州衛(wèi)星影像(TM+SAR 98-8-1)Page 26n綜合系統(tǒng)的建立考慮到洪水分級情況，不同條件下應(yīng)綜合系統(tǒng)的建立考慮到洪水分級情況，不同條件下應(yīng)用不同的系統(tǒng)，滿足實際需要。