本文關(guān)鍵詞： MODIs Landsat 觀測流量 洪水淹沒探測 開放水體似然性指數(shù) 時空分析 亞像元制圖　出處：《華東師范大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：洪水,作為常見的自然現(xiàn)象之一,不僅影響著人們的生活和生產(chǎn),也影響著自然界多種生物群體的生存與繁榮。作為洪水最重要的性質(zhì),洪水淹沒一直是洪水研究重點關(guān)注的問題。對洪水淹沒的研究包括對洪水淹沒的探測、對淹沒范圍的制圖、以及以淹沒概率估測和淹沒范圍預(yù)測為代表的洪水淹沒建模。隨著空間技術(shù)的發(fā)展,地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System, GIS)和遙感(Remote Sensing, RS)技術(shù)在其中的應(yīng)用日益突出,相關(guān)研究方法日益豐富和成熟。不過,就目前看來,依然有很多問題值得進一步研究。首先是基于遙感技術(shù)探測洪水淹沒的精度和穩(wěn)定性問題,以及遙感影像自身空間分辨率和時間分辨率之間的相互制約對洪水淹沒探測和制圖的影響。其次,對一個區(qū)域來說,不僅需要探測在某次洪水中是否被淹沒,而且需要分析其被洪水淹沒的概率,但目前只有一些單純基于時間序列流量數(shù)據(jù)分析洪水概率的方法,結(jié)合遙感和GIS方法的應(yīng)用很少,因而就很難獲取具有空間特征的洪水淹沒概率。最后,對河漫灘區(qū)域來說,是否被洪水淹沒與上游來水有密切關(guān)系,但同時又和地形有關(guān)。目前的一些研究基于河道觀測流量和河漫灘淹沒之間的相關(guān)關(guān)系建立了經(jīng)驗關(guān)系模型,但這些模型大多未考慮地形因素,對淹沒范圍及水深的分析與建模缺乏足夠的理論支持。 本文在分析了國內(nèi)外已有研究的基礎(chǔ)之上,提出基于RS和GIS的河漫灘洪水淹沒分析與建模方法,方法涵蓋了洪水淹沒的探測、制圖和建模等方面。論文的主要研究內(nèi)容和成果如下： (1) MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)數(shù)據(jù)具有覆蓋范圍廣、重復周期短、易獲取等優(yōu)點,是比較理想的大范圍洪水淹沒探測工具。本文詳細介紹了MODIS數(shù)據(jù)及其在洪水淹沒探測中的應(yīng)用,并概括了利用MODIS數(shù)據(jù)探測洪水淹沒的方法,重點介紹了水體指數(shù)法�？紤]到現(xiàn)有的指數(shù)方法大多需要人為地調(diào)整水體分割的閾值,導致它們不太適合對洪水淹沒范圍的自動提取,本文引入開放水體似然性(Open Water Likelihood, OWL)指數(shù),它的特點是其在時間序列遙感影像上一致和穩(wěn)定的表現(xiàn)。本文利用更高空間分辨率的同期Landsat影像,對MODIS影像上基于OWL指數(shù)的水體判讀的精度和可靠性進行了分析和論證,分析結(jié)果顯示利用OWL指數(shù)從MODIS影像中提取水體具有較高的精度和較好的穩(wěn)定性,可以使用統(tǒng)一的閾值對影像上的淹沒范圍進行自動識別。 (2)水文站觀測流量數(shù)據(jù)最大的優(yōu)點是其具有很長的歷史記錄,而遙感技術(shù)的特點是其可以快速獲取洪水淹沒的空間分布。本文提出了基于時間序列觀測流量數(shù)據(jù)和MODIS數(shù)據(jù)的河漫灘洪水淹沒時空分析方法,充分發(fā)揮兩類數(shù)據(jù)各自的優(yōu)勢,實現(xiàn)了對大區(qū)域尺度洪水淹沒的時間和空間特征的分析。本文以澳大利亞的Murray-Darling Basin (MDB)作為實驗區(qū),首先對該實驗區(qū)基于河道網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和水文站位置信息進行了一個分區(qū)的工作,保證了在各個分區(qū)內(nèi)觀測流量和遙感探測的洪水淹沒之間的密切聯(lián)系�；谶@個分區(qū)框架,本文利用時間序列觀測流量數(shù)據(jù)和MODIS數(shù)據(jù)得到了這個大的流域盆地內(nèi)的包括淹沒持續(xù)時間、年際淹沒模式、淹沒頻率和淹沒概率等洪水淹沒特征。 (3)考慮到當前的基于河道流量數(shù)據(jù)和河漫灘淹沒范圍經(jīng)驗關(guān)系模型的洪水淹沒建模方法在理論基礎(chǔ)上的不足,本文引入地形數(shù)據(jù),提出了河段尺度的基于觀測流量數(shù)據(jù)、Landsat影像以及數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)數(shù)據(jù)的洪水淹沒連通性及水深分析與建模方法。該方法被應(yīng)用于MDB內(nèi)的一段典型河段,得到了該區(qū)域內(nèi)下游河漫灘淹沒狀況與上游水文站觀測流量之間的相關(guān)關(guān)系,并以此預(yù)測不同流量條件下河漫灘區(qū)域的各處是否被淹沒及淹沒的水深。 (4)在利用遙感影像進行洪水淹沒制圖的時候,混合像元問題是制約制圖精度的重要因素,尤其是對于MODIS這種空間分辨率相對較低的遙感數(shù)據(jù)。本文從混合像元分解與重構(gòu)的角度探討了提高洪水淹沒制圖精度的可行性,提出了基于DEM改進的河漫灘洪水淹沒亞像元制圖算法,并利用實驗數(shù)據(jù)對該算法的結(jié)果進行了分析和評價。分析結(jié)果表明,相較于傳統(tǒng)的亞像元制圖算法,改進的算法得到的淹沒范圍無論在形態(tài)上還是在精度上都有了明顯的提高。
[Abstract]:The flood , as one of the most common natural phenomena , affects not only people ' s life and production , but also the survival and prosperity of many biological groups in nature . Based on the analysis of the existing researches at home and abroad , this paper puts forward the method and method of flood submerged analysis and modeling based on RS and GIS , which covers the detection , mapping and modeling of flood submerged . The main research contents and results are as follows : ( 1 ) MODIS ( Moderate - resolution Imaging Spectroradiometer ) data has the advantages of wide coverage , short period of repetition , easy acquisition and the like , and is an ideal large - range flood submerged detection tool . In this paper , the application of MODIS data and its application in flood submerged detection is described in detail . ( 2 ) The greatest advantage of hydrological station observation flow data is that it has a long history , and the remote sensing technology is characterized by its ability to quickly acquire the spatial distribution of flood submerged . In this paper , based on time series observation flow data and MODIS data , this paper presents a method of spatial and temporal analysis of flood submerged in flood plain . In this paper , the author puts forward the analysis of the temporal and spatial characteristics of flood submerged in large regional scale flood . Based on this zoning framework , this paper uses time series observation flow data and MODIS data to obtain the flood submerged features including submerged duration , interannual submerged mode , submerged frequency and flooding probability in this basin . ( 3 ) Considering the deficiency of the current model of flood submerged modeling based on river flow data and river flood range empirical relationship model , this paper introduces the terrain data , and puts forward the flood submerged connectedness and water depth analysis and modeling method based on the observation flow data , the digital elevation model ( DEM ) data of the river segment scale . The method is applied to a typical river segment in the MDB , and the correlation between the flooding condition of the lower reaches of the region and the observation flow of the upstream hydrological station is obtained . ( 4 ) When using remote sensing image for flood mapping , the mixed image element problem is an important factor to restrict the precision of flood , especially for the remote sensing data with relatively low spatial resolution of MODIS .

【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：P208;P333.2;TP79

【參考文獻】

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本文編號：1527742