基于Radarsat-2時(shí)間序列的濕地水文情勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)與濕地分類(lèi)

發(fā)布時(shí)間：2020-04-13 23:01

【摘要】：近年來(lái),氣候變化與人類(lèi)對(duì)水土資源不合理的開(kāi)發(fā)利用(如河流中上游工農(nóng)業(yè)用水增多以及蓄水、引水工程的修建),引發(fā)了下游濕地水文過(guò)程的顯著變化,水資源短缺日益突出,已嚴(yán)重影響并破壞到濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,危及到區(qū)域生態(tài)安全、水安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展,給濕地的保護(hù)與功能修復(fù)帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。同時(shí)由于發(fā)展中國(guó)家缺乏對(duì)濕地管理的經(jīng)驗(yàn),使得濕地的破壞日益嚴(yán)重,而且由于缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù),更加重了這一情況的發(fā)展,為了更好的保護(hù)濕地資源,減少濕地的破壞和制定科學(xué)的管理措施,準(zhǔn)確的獲取濕地水文情勢(shì)尤其重要。水文情勢(shì)的遙感監(jiān)測(cè)不僅可以為區(qū)域水文模型的建立提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)而且對(duì)提高濕地分類(lèi)精度具有重要意義。本文選取濕地水文情勢(shì)中的淹水范圍和淹水頻率兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行提取分析。但傳統(tǒng)的光學(xué)影像由于其成像原理不能對(duì)濕地植被下的淹水情況進(jìn)行很好的區(qū)分,而雷達(dá)影像能夠通過(guò)微波穿透植被,進(jìn)而探測(cè)到植被下的淹水情況。所以本文采用2015年8期時(shí)間序列的Radarsat-2影像對(duì)扎龍濕地的淹水范圍進(jìn)行提取。由于Radarsat-2影像具有較多的噪聲存在,選用監(jiān)督分類(lèi),分類(lèi)樹(shù)等傳統(tǒng)的分類(lèi)算法,會(huì)產(chǎn)生明顯的椒鹽現(xiàn)象,本文采用面向?qū)ο蠓诸?lèi)技術(shù),對(duì)濕地的淹水區(qū)域進(jìn)行提取,得到8期淹水范圍,進(jìn)而可以得到淹水頻率。將水文情勢(shì)(淹水范圍和淹水頻率)同Landsat的1-7波段光譜反射率、歸一化植被指數(shù)(NDVI)、7個(gè)紋理特征、HH和HV極化波段的后向散射系數(shù)作為分類(lèi)的特征變量,并采用隨機(jī)森林分類(lèi)算法對(duì)扎龍濕地進(jìn)行分類(lèi),并分析淹水頻率對(duì)分類(lèi)精度的影響。結(jié)果表明:1.通過(guò)對(duì)比Radarsat-2影像的后向散射系數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差,可以看出淹水區(qū)域的后向散射系數(shù)與非淹水區(qū)域的后向散射系數(shù)有著明顯的差異,可以較為容易的對(duì)淹水區(qū)域進(jìn)行提取,并且Radarsat-2的HV極化影像對(duì)蘆葦濕地的淹水與非淹水區(qū)域的區(qū)分相比于HH的極化影像效果更加明顯。2.通過(guò)對(duì)8期Radarsat-2影像進(jìn)行面向?qū)ο蠓诸?lèi),用三分之二的訓(xùn)練樣本進(jìn)行訓(xùn)練,得到的8期淹水范圍分類(lèi)結(jié)果,用三分之一的訓(xùn)練樣本進(jìn)行精度驗(yàn)證,得出的精度均達(dá)到80%以上。其中9月10日的淹水面積分類(lèi)精度和Kappa系數(shù)最高,分別為98.24%和0.97。4月29日的淹水面積分類(lèi)精度和Kappa系數(shù)最低,分別為82.86%和0.48。通過(guò)8期淹水范圍疊加得出淹水頻率,并用溫度記錄儀所記錄的溫度變化次數(shù)來(lái)驗(yàn)證淹水頻率,淹水頻率的精度達(dá)到84.62%,淹水頻率高的區(qū)域集中在扎龍濕地核心區(qū)內(nèi)。3.通過(guò)比較最終濕地分類(lèi)精度,采用隨機(jī)森林算法的分類(lèi)結(jié)果精度相較于決策樹(shù)和最大似然算法要更高,在草地和沼澤濕地的過(guò)渡區(qū)中,最大似然和決策樹(shù)算法將沼澤濕地區(qū)域誤分為了非沼澤濕地區(qū)域。對(duì)比引入淹水頻率和非淹水頻率的兩種分類(lèi)結(jié)果,加入淹水頻率的分類(lèi)精度達(dá)到91.73%,未加入淹水頻率的分類(lèi)結(jié)果76.49%,通過(guò)重要性指數(shù)可以看出,淹水頻率在分類(lèi)過(guò)程中重要性指數(shù)為98.69,排在第二位,兩者主要誤差產(chǎn)生于對(duì)草地的錯(cuò)分和濕地的漏分,進(jìn)而說(shuō)明淹水頻率作為濕地重要的物理變量,在進(jìn)行濕地分類(lèi)的過(guò)程中占有重要地位,并可以顯著的提高濕地分類(lèi)精度,特別是在沼澤濕地和草地的區(qū)分上面。但淹水頻率的引入并沒(méi)有對(duì)水域和居民地產(chǎn)生影響。
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