基于Matlab和遥感影像的太湖面积变化研究

1、基于Matlab和遥感影像的太湖面积变化研究摘要：本文利用1995年的地图和2010年5月4号的Landsat7TM遥感影像，研究太湖区域面积变化状况。分别对遥感影像采用单波段阈值法，并采用regioncrop函数去噪，对地图采用灰度阈值分割法，提取太湖区域，然后采用差值法和空间分析法，得到太湖区域面积变化。结果显示，15年间太湖区域面积减少了128.27km2。关键词：Matlab;遥感影像；地图；太湖ResearchontheAreaChangeofTaihuLakeBasedontheRemoteSensingImageandtheMapAbstract:TheareachangeofT

2、aihuLakeisstudiedbasedonthemapin1995andtheremotesensingimageoftheLandsat7TMinMay4,2010.Thesinglebandthresholdmethodisusedfortheremotesensingimage,toabstracttheTaihuLake,withtheregioncropfunctiontoreducethenoise.Besided,theareacanalsobeabstractedfromthemapwiththegraythresholdmethod.Then,theareachange

3、isacquriedwiththeminismethodandtheregionanalysismethod,andtheareainthe15yearsiscutby128.27km2.遥感技术由于不受时间和空间的限制，即实时性强、宏观性强、准确可靠的优点，是进行湖泊动态研究的一种行之有效的方法。本文结合地图和遥感影像研究太湖区域面积的时空变化。1数据收集与处理1.1数据源本文收集了一景美国陆地卫星Landsat7TM遥感图像数据，分辨率为30*30m2,日期是2010年5月4日，此时太湖基本处于平均水位，成像时天气晴朗，已进行过辐射校正和几何粗校正。地图比例尺为1：20万，制作日期为199

4、5年。1.2数据预处理首先运用imageprocesssingtoolbox中的cpselect函数，打开交互窗口，显示Landsat7TM遥感图像和1：20万地图，拾取控制点，然后运用cp2tform函数产生投影变换结构体，再运用imtransform对遥感影像实施投影变换，插值方式为双线性插值，完成图像配准。图1太湖地区Landsat7TM遥感图像fig.1RemotesensingimageofLandsat7TMforTaihuLake图2太湖地区地图fig.2MapoftheTaihuLake程序代码如下：Iandasat=imread(taihuandsat_l.jpg)；%打开L

5、andsatTM影像1、2、3波段I_map=imread(taihu_map_l.jpg);%打开地图cpselect(I_map,Iandasat);%打开交互窗口tform=cp2tform(input_points,base_points,projective);%拾取控制点I_landasat_1=imtransform(I_landasat,tform,bilinear)；%投影变换由于地图中有注记、图例等地理符号，干扰水体提取，需要对其再进行预处理，利用photoshop软件，将太湖区域填充为同一种颜色，以便于后续提取。2遥感影像的水体自动化提取2.1单波段阈值法卫星影像反映了地

6、物对电磁波的反射及地物本身的热辐射信息。各种地物由于结构组成及理化性质的不同，对电磁波的反射及本身的热辐射都存在着差异。遥感所利用的电磁波波长在0.42.5“m之间，天然水体对这个波段电磁波的吸收明显髙于其他绝大多数地物，因而水体的总辐射水平较低。在红外波段，水体吸收的能量高于可见光波段，即使很浅，水体也吸收了近红外及中红外波段内的几乎全部入射能量，反射能量很少；而植被和土壤在这两个波段内的吸收能量较小，具有较髙的反射特性，这使得水体在这两个波段上与植被和土壤有着明显的区别。进而反映在影像上，水体呈现出暗色调，土壤、植被则相对较亮。阈值法是根据图像的直方图获取水体的灰度值分布范围，获取其阈值的

7、上下限对其进行双阈值分割的结果，利用阈值上下限法提取水体主要依据的是不同地物之间的灰度值的差异。TM影像的4波段属于近红外波段，根据上述原理，单波段阈值法就是采用第4波段进行水体信息提取的,其中阈值依据波段4的灰度直方图(见图3)确定。图3LandsatTM4波段的灰度直方图fig.3GrayhistgramofLandsatTM4程序代码如下：Iandasat4=imread(Tandasat4.tif);%打开Landsat4波段Iandasat4_l=(Iandasat4v35);%阈值分割图4Landsat4波段阈值分割后的图像图5去噪后的太湖图像fig.4Imageclassifie

8、dbytheLandsat4thresholdfig.5Imagewithoutthenoise2.2去噪如图4所示，需提取出太湖的连通区域，采用连通区域函数regionprops去噪，面积最大区域即为目标区域,见图5。程序代码如下：I_landasat4_ll=bwlabel(I_landasat4_l);%连通区域标号I_landasat4_l2=regionprops(I_landasat4_ll，area);%区域面积统计I_landasat4_l3=cat(l，I_landasat4_l2.Area);I_landasat4_l4=find(I_landasat4_l3=max(I_

9、landasat4_l3);%找最大区域I_landasat4_l5=(I_landasat4_ll=I_landasat4_l4);imshow(I_landasat4_l5);%显示最大连通区域3地图的水体半自动化提取在对地图预处理基础上，采用阈值分割，提取出太湖区域，见图6。图6从地图提取的太湖区域fig.6TaihuLakeabstractedfromthemap程序代码如下：I_map_2=(I_map_1200);4、遥感影像和地图提取水体的变化检测变化检测通常包括了4个方面的内容:(1)确定研究区域内地物是否发生了变化;(2)确定在何处发生了变化;(3)确定变化前后该像元处的地物

10、类型;(4)评估变化的时间和空间分布模式。其中前两个方面是变化检测所要达到的基本目标,本文主要针对前两个方面做一定的研究,采用分类后比较法。分类后比较法是在不同影像进行单独分类,然后对分类结果进行比较,发现变化目标。这是一种符合人们直观思维习惯、较为简单明晰的变化检测方法,也是最早出现的变化检测方法之一，早在上世纪70年代就被应用于Landast卫星影像的变化检测，曾经一度认为是最为可靠的变化检测技术。4.1差值法本文首先利用影像差值方法对分别从地图和遥感影像提取的太湖目标区域进行变化检测，获取差值影像，并对差值影像进行了专题制图，用白色代表太湖增加的区域，黑色代表太湖减少的区域，灰色代表太湖

11、的不变区域，见图7。图7太湖区域变化图fig.7ChangeoftheTaihuLakearea程序代码如下：I_comparison=I_landasat_55-I_map_1;%图像作差I_comparison_1=(I_comparison=-1)*0+(I_comparison=0)*125+(I_comparison=1)*255);%灰度拉伸I_comparison_l=uint8(I_comparison_l);%double型转为uint8型4.2空间分析法利用空间分析可以将变化检测的结果分为三类,一类是未变化的区域,一类是增加了的区域,一类是减少了的区域,不变的区域是两个区域

12、的交集,增加的区域是新区域减去两个区域的交集,减少的区域是旧区域减去两个区域的交集,把这三种区域在地理信息系统中分别用不同的图层和颜色来表示,就可以统计增加和减少的区域的面积了。从上面的变化检测结果可以看出,发生变化的区域并不是只有一处,而且大小不一,如何方便的统计他们的面积,本文利用了地理信息系统中的统计分析的功能,将增加和减少的面积,利用对属性表的面积字段统计求和的功能，可以快速方便的求出其发生变化的总面积，表1为统计分析获取的变化区域面积，共减少128.27km2。表1太湖区域面积变化table.1ChangeoftheTaihuLakearea像素点数面积km2分辨率增加2970433.4145*25减少143720161.68不变875664985合计104908811805结果