有云Landsat TM/OLI影像結合DEM提取青藏高原湖泊邊界的自動算法研究

作者：王鑫蕊,晉銳,林劍,曾祥飛,趙澤斌

摘要：青藏高原的湖泊數量眾多且分布廣泛,約占全國湖泊總數量和總面積的41%和57%,對于全國甚至全球的湖泊研究十分重要。遙感監測湖泊分布歷來已久,但光學遙感影像時常被云遮蔽,難以自動化提取得到完整的湖泊邊界。提出了一種有云的Landsat TM/OLI影像結合航天飛機雷達地形測繪數據(Shuttle Radar Topography Mission,SRTM)30 m分辨率的數字高程模型(DEM)的湖泊完整邊界的自動插值生成算法。首先,在Google Earth Engine平臺上,利用Landsat TM/OLI影像的地表反射率Tier1數據,根據其中的像元質量評價(Pixel Quality Assessment,pixel_qa)屬性,結合SRTM 30 m DEM數據,先剔除云、云陰影、積雪和山體區域的影響;計算改進的歸一化差異水體指數(Modified Normalized Difference Water Index,MNDWI),采用Canny邊緣檢測算法,得到無云覆蓋區域的已知部分湖泊邊界(L)。在本地對DEM進行極差濾波,得到可能的湖泊區域;同時,利用DEM生成等高距間隔為1 m的等高線,將包圍著可能湖泊區域的一系列等高線自動篩選出來,根據等高線間的包含關系建立樹結構。葉子節點為最內部等高線,記為內等高線(C1)。由于Landsat和DEM的獲取時間不同,隨著湖泊擴張或萎縮,湖泊水位會相對于內等高線上升或下降,對此采用不同的外等高線(C2)確定方法;隨后,建立內等高線C1、外等高線C2與已知部分湖泊邊界L之間對應點的坡度坡向關系,插值得到未知的湖泊邊界點;最后利用最近鄰法連接已知的湖泊邊界點與插值得到的湖泊邊界點形成完整的湖泊邊界。利用相近日期的資源三號影像或無云Landsat影像的手工數字化湖泊邊界對提取的湖泊邊界進行驗證,發現兩者基本重合,且長度差百分比為-6.81%~9.4%,面積差百分比為-2.11%~2.7%。表明該方法對于有云Landsat TM/OLI影像的湖泊邊界自動化提取十分有效,并為在GEE等大數據平臺中自動化提取長時間序列、高?

發文機構：中國科學院西北生態環境資源研究院 中國科學院大學 中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心 湖南科技大學知識處理與網絡化制造實驗室

關鍵詞：青藏高原湖泊邊界Landsat影像有云DEMQinghai-Tibet plateauLake boundaryLandsatCloudDEM

分類號： P941.78[天文地球—自然地理學]TP79[自動化與計算機技術—檢測技術與自動化裝置]