地表水体长度和面积遥感监测技术规范

发布ICS07.060CCSA77北京市地11方标准DBXX/TXXXX—XXXXTechnicalspecificationsforremotesensingmonitoringofthelengthandareaofsurfacewater (征求意见稿)XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施Q/LB.□XXXXX-XXXX前言 II1范围 32规范性引用文件 33术语和定义 34技术流程 45数据收集 66遥感影像处理 67水体提取 68行政区(流域)有水河长和水体面积计算 10附录A(资料性) 12参考文献 15Q/LB.□XXXXX-XXXX前言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由北京市水务局提出并归口。本文件由北京市水务局组织实施。本文件起草单位：北京市水文总站，航天宏图信息技术股份有限公司。本文件主要起草人：Q/LB.□XXXXX-XXXX地表水体长度和面积遥感监测技术规范1范围本文件规定了地表水体长度和面积卫星遥感监测工作的数据收集、影像预处理、遥感解译和统计分析等技术要求。本文件适用于宽度大于4米、面积大于100平方米的地表水体(冰)长度和面积的卫星遥感监测与数据分析。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T5095水文基本术语和符号标准GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定GB/T14950摄影测量与遥感术语GB/T32453卫星对地观测数据产品分类分级规则CH/T9034全球地理信息资源数字正射影像生产技术规范QX/T540高分辨率对地观测卫星陆地水体面积变化监测技术导则3术语和定义GBTGBT95界定的以及下列术语和定义适用于本文件。.1地表水体surfacewaterbody河流、湖泊、水库、渠道、坑塘等天然或人工水体。单次监测中某河流、渠道有水(冰)河段的中泓线长度，一般每月监测一次。年度监测中某河流、渠道3-6月各单次有水河长的算术平均值。单次监测中某河流、湖泊、水库、渠道、坑塘的水体(冰)面积，一般每月监测一次。Q/LB.□XXXXX-XXXX单次有水河长占比不低于总河长50%的河流。年度有水河长占比不低于总河长50%的河流。一种树形结构的分类方法，表示基于特征对实例进行分类的过程。4技术流程主要包括数据收集、遥感影像处理、水体提取和统计分析，详细流程如图1所示。图1技术流程图Q/LB.□XXXXX-XXXX数据收集遥感影像他辅助遥感影像处理 遥感影像处理遥感影像处理 融合遥感影像水体提取精度评价水体面状数据空间分析否水体提取精度评价水体面状数据空间分析否归一化差值水体指数决策树分类人工修正 水体面状数据 有水河段有水河段状数据矢量数据属性挂接行属性挂接提取不同行政区(流域)水体面状、线状数据 水体、非水体抽取检验点建立混淆矩阵 精度90%是 面积、长度计算统计分析不同行政区(流域)水体面状、线状数据行政区(流域)水体面统计行政区(流域)有水河Q/LB.□XXXXX-XXXX5数据收集5.1遥感数据5.1.1选取满足监测时间要求且具有蓝光(400-480nm)、绿光(500-560nm)、红光(630-690nm)和近红外(760-900nm)波段的高分辨率卫星遥感影像数据。5.1.2单次监测数据源尽可能单一，空间分辨率不低于2米。5.1.3遥感影像数据应100%覆盖监测水体(冰)，且水体(冰)表面云覆盖率为0%。5.2辅助数据5.2.1行政区界数据正式发布的最新版行政区界数据。5.2.2流域边界数据正式发布的最新版水务普查数据。5.2.3河流中泓线数据正式发布的最新版水务普查数据。6遥感影像处理6.1空间基准b)高程系统采用“1985国家高程基准”。6.2影像处理对高分辨率影像数据进行辐射校正、正射纠正、影像配准和影像融合等处理，具体处理方法参照6.3影像结果要求a)影像元数据信息完整；b)空间分辨率不低于2米；c)平原地区平面位置中误差小于2个像元，山区平面位置中误差小于4个像元；d)包含蓝、绿、红、近红外4个波段；e)纹理清晰、层次丰富、色调基本一致，接近自然色；7水体提取7.1水体面状数据提取7.1.1一般原则Q/LB.□XXXXX-XXXX湖泊、水库和坑塘一般受其他地物影响较小，宜采用归一化差值水体指数和人工修正相结合的方法提取水体(冰)；河流、渠道尤其是细小渠道易受其他地物影响，宜采用决策树分类和人工修正相结合的方法提取水体(冰)。7.1.2基于归一化差值水体指数的水体提取7.1.2.1按照公式(1)计算归一化差值水体指数：NDwI=·····························(1)式中：NDWI——归一化差值水体指数；Rgreen——绿光波段反射率；Rnir——近红外波段反射率。数判定地物类型。当NDWI＞0时，判定为水体。7.1.3基于决策树的水体提取基于裁剪后的影像，采用决策树分类逐步剔除植被、建筑物、其他地物和阴影的干扰，最终提取水体(冰)，流程如图2所示。包括以下步骤：a)依据中泓线数据，运用GIS软件生成河流左右两侧2000米缓冲区，并据此范围裁剪影像。b)根据归一化植被指数判定地物类型。1)按照公式(2)计算归一化植被指数：NDVI=······························(1)式中：NDVI——归一化植被指数；Rred——红光波段反射率；Rnir——近红外波段反射率。2)当0＜NDVI＜1时，判定为植被，反之则为水体(冰)、建筑、阴影或其他地物。c)不是植被的地物，采用归一化差值水体指数判定是否为水体(冰)或阴影。1)按照公式(1)计算归一化差值水体指数；2)采用人工判读，结合河流中泓线数据，设置归一化差值水体指数经验阈值(C1)；NDWIC，为水体(冰)或阴影，反之为建筑或其他地物。d)采用阴影水体指数判定地物。1)按照公式(3)计算阴影水体指数:SwI=Rgreen+Rblue−Rnir ()2式中：Rgreen——绿光波段反射率；Rblue——蓝光波段反射率。2)根据影像并结合河流中泓线数据，分析设置阴影水体指数阈值(C2)。中泓线植被是建筑、其他地物否影否 Q/LB.□XXXXX-XXXX中泓线植被是建筑、其他地物否影否 正正射融合遥感影像生成缓冲区裁裁剪后正射融合遥感影像否水体、建筑、水体、建筑、阴影、其他地物是水体、阴水体、阴影是水水体图2决策树提取流程图7.1.4人工修正采用人工判读的方法，运用GIS软件对提取出的地表水体(冰)进行直接判读、综合分析、逻辑推7.2水体面状数据拼接7.2.1对于用单景影像无法完整提取的水体(冰)，应采用多景影像分块提取。7.2.2基于水体矢量数据的空间位置和属性信息，运用GIS软件，对多景影像进行矢量拼接，从而保证单个水体(冰)的完整性。数据拼接原则如下：Q/LB.□XXXXX-XXXXa)时相优先原则优先以最新时相的影像提取成果为基准，选择与其临近时间的提取成果进行拼接。a)同分辨率原则优先选择同一分辨率影像成果进行拼接。b)最大面积原则优先选择可覆盖水体(冰)范围最大的影像成果进行拼接，尽量减少拼接次数。7.3有水河段线状数据提取7.3.1用GIS软件的空间分析工具拼接后的水体(冰)面状数据。7.3.2根据面状数据与河流中泓线数据的空间位置关系，通过叠加空间分析，将中泓线切割成有水河取有水河段线状数据。7.4.1用GIS软件的空间分析工具提取行政区(流域)水体(冰)面状、线状数据。7.4.2根据行政区界数据(流域边界数据)的空间位置和属性信息，切割水体面状和有水河段线状数据，提取不同行政区(流域)的面状、线状数据成果。7.5提取结果要求a)水体(冰)提取矢量数据结果、影像成果和辅助矢量数据的坐标系统应保持一致；b)矢量数据属性字段应至少包含水体名称、行政区名称、流域名称、经纬度、面积、长度等信息；hapefile7.6提取精度评价7.6.1评价指标7.6.1.1以总体精度反映水体提取的准确性。7.6.1.2建立混淆矩阵，行代表核实的地物类别，列代表提取结果中的地物类别，对角线上的数据为分类正确的点位个数，混淆矩阵见表1。表1混淆矩阵提取数据参考数据水体非水体水体X11X12非水体X21X22总体精度按公式(4)计算。OA=式中：OA——总体精度，以百分率(%)表示；X11+X22N×100%····························(4)Q/LB.□XXXXX-XXXXX11——水体提取正确的检验点个数；X22——非水体提取正确的检验点个数；N——总检验点的个数。7.6.2评价方法7.6.2.1采用同一监测时间段内更高分辨率影像提取结果或实地调查验证点位作为评价参考数据。7.6.2.2采用更高分辨率影像提取结果作为评价参考数据进行验证，应遵循以下原则：a)时相应与监测影像时相相差不超过5天；b)每个区县级行政区内的有水无水区域各随机选取不少于100个检验点，建立混淆矩阵，评价总体精度。7.6.2.3采用实地调查验证点作为评价参考数据进行验证，应遵循以下原则：a)调查时间应与监测影像时相相差不超过5天；b)每个区县级行政区内有水无水区域各随机选取不少于15个检验点，建立混淆矩阵，评价总体精度。度7.6.2.4总体精度应不低于90%。7.7面积、长度计算应用GIS软件对符合精度要求的水体(冰)面状数据计算单次水体面积，对线状数据计算单次有水河长。区(流域)水体面积和有水河长计算8.1统计分析按照公式(5)计算行政区(流域)单次水体面积：Sw=x=1Swa ()5式中：Sw——行政区(流域)单次水体面积总和，单位为平方千米(km2)；a——行政区(流域)水体序号；b——行政区(流域)水体总数；Swa——行政区(流域)第a个单次水体面积，单位为平方千米(km2)。按照公式(6)计算行政区(流域)单次有水河长：Lw=x1Lwi·······························(6)式中：Q/LB.□XXXXX-XXXXLw——行政区(流域)单次有水河长总和，单位为千米(km)；i——行政区(流域)有水河流、渠道序号；n——行政区(流域)有水河流、渠道总数；Lwi——行政区(流域)第i个河流(渠道)单次有水河长，单位为千米(km)。有水河长百分率按照公式(7)计算单次水体面积总和占行政区面积比例：PS=×100%·······························(7)式中：PS——行政区单次水体面积总和占行政区面积比例，以百分率(%)表示；Sw——行政区单次水体面积总和，单位为平方千米(km2)；Sx——行政区面积，单位为平方千米(km2)。按照公式(8)计算行政区(流域)内单次有水河长占河流、渠道总长度比例：PL=×100%·······························(8)式中：PL——行政区(流域)单次有水河长总和占河流、渠道总长度比例，以百分率(%)表示；Lw——行政区(流域)单次有水河长总和，单位为千米(km)；Lx——行政区(流域)河流、渠道总长度(以中泓线长度为准)，单位为千米(km)。8.1.3有水河流判定按照以下规则判定是否为有水河流：a)单次有水河流单次有水河长大于总河长50%的河流。b)年度有水河流年度有水河长大于总河长50%的河流。8.2有效数字8.2.1面积保留4位小数，长度保留2位小数，面积或长度的比例保留2位小数。8.2.2数值的修约应按照GB/T8170的相关规定执行。Q/LB.□XXXXX-XXXX(资料性)A.1单次监测水体面积统计水体面积可按照表A.1进行统计。表A.1单次监测水体面积统计表监测期：序号水体类型 (湖泊/水库/河流名称)水