遥感技术在地表水源地水体监测中的应用研究

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摘 要：做好地表水源地水体监测工作十分重要，传统监测手段很难直接获取地面信息，监测体系不健全，很难获取到相关信息。遥感是一种科学、先进的监测手段，能够帮助监测人员客观、快速的获取到地表的水体信息，本文主要分析遥感技术在地表水源地水体监测中的应用。

关键词：遥感技术 地表 水源地 水体监测 应用

地表水源作为人类生活与生产中的主要水源，做好地表水源地水体监测工作十分的重要，传统监测手段很难直接获取地面信息，监测体系不健全，很难获取到相关的信息。遥感是一种科学、先进的监测手段，能够客观、快速的获取到地表的水体信息，对于地表水源地水体监测工作的开展有着十分重要的意义，下面就针对遥感技术在地表水源地水体监测中的应用进行深入分析。

1.地表水源地水体遥感监测技术的分析

1 . 1地表水源地水体遥感监测技术的结构

要实现地表水源监测与遥感监测业务的有机结合，就需要建立起流域蓄水监测与地表水源地湖蓄水监测的框架，为了满足监测需求，整个系统需要涵盖到流域蓄水监测以及湖库蓄水监测两个内容，其中，流域蓄水监测即将流域水文模型与点监测结合起来，湖库蓄水监测能够对水源水库水体点进行全方位的监测，这样构建出了一个立体监测系统。

在整个监测框架之中需要应用在遥感技术、地面水体监测同化技术以及湖库水体面积监测技术，其中，湖库水体面积监测技术需要利用卫星数据源，这样即可形成一种满足时间与空间分辨率要求的技术体系。

1 . 2多星源地表水源地遥感监测技术分析

为了对地表水源地进行科学的管理，就需要定期顶水源水库蓄水动态进行进行科学合理的监测与分析，关注水质与水量的变化情况，为了达到这一目标，就需要使用高分辨率的卫星进行监测，为了提升监测的精确度，多使用多颗卫星，并采用中高分辨率相结合的模式来开展监测工作。

根据现阶段下卫星的数据情况以及业务成本，一般选择8到9颗高分辨率卫星即可组成卫星数据源组，利用高分辨率卫星来改善测量的精度，利用中分辨率卫星来满足时间频度的需求，这样即可形成一种以旬为周期的水源地水体监测系统。

1 . 3基于多光谱水体提取原理分析

在现阶段下，基于多光谱水体遥感影像可以将提取水体的方式分为单波段阈值法、水体指数法以及谱间光谱法三种类型。

1.3.1 单波段阈值法

该种方式的判断参数是一个单一波段，这种单一波段是水体特征最为突出的一个波段，再对阈值进行划分，单波段阈值法能够充分的利用其水体的强吸收性特征与土壤和植被的反射性。单波段阈值法简单，但是其中有大量的混淆信息，识别的精度也受到了一定的制约。

1.3.2 水体指数法

关于水体指数，有着多种多样的形式，其原理均为波段比值运算方式，其典型水体指数有以下几个类型：

第一，归一化差异水体指数。归一化差异水体指数最早由Mcfeeters提出，该种方式即使用近红外波段CH NIR与绿光波段CH Green灰度值差比来消除植被，将水体突出出来。

第二，混合水体指数。混合水体指数最早由莫伟华提出，通过对水体指数物理特征的分析与水体光谱特征进行结合提出了综合归一化植被指数与红外波段混合的水体指数。

第三，新型水体指数WI1与WI2。新型水体指数WI1与WI2是基于MODIS第二波段基础上产生，根据植被、建筑用地与水体地物光谱特征上产生。

2.基于面向对象分类方式的水体提取技术分析

2 . 1尺度分割法

与中分辨率遥感影像以及低分辨率遥感影像相比而言，高分辨率遥感影像在景观形状、纹理、结构与细节方面有着突出的信息，如果将传统光谱提取法应用在高分辨率遥感影像中，那么是很难进行区分的，这也会限制地物提取技术的精度与效率，在这种模式下，处理结果中会出现细小斑块。为此，需要对分类基本单元进行研究，将其整体特性作为判断依据，利用对象本身的特征以及相关关系特征。

其中，最为关键的技术就是影像分割技术，这一技术能够将包含像素点矩阵影像分为不同的小区域，在操作时，需要根据不同的尺寸来分析，在应用该种技术时，需要采取科学有效的措施保障影像分割区域的同质性，这样才能够实现最优化的分割。为了达到这一目的，就需要从单像元来进行合并，对于相邻影响区，需要采用合并延伸法。其计算思想为，在单个像元开始，与邻近像元进行合并，再计算完成后需要将输出结果作为下一次计算输入单元，再次与相邻对象进行合并，直到不能与其他对象进行合并。

其中，影像能够看做区域与区域中的一个拓扑关系，在初始阶段，每个像素都是一个区域，能够与周围区域进行相应的连通性分析，在进行分析时，需要利用形状特征与多层光谱进行描述，在对区域进行合并时，需要将区域邻接图区域作为入口，对符合相关条件的区域进行搜索，再将不同的区域进行合并处理。在合并的过程中，需要确定好阈值条件，该种阈值条件不同于传统分割法中的阈值，在阈值相对较小的情况下，只有相似区域条件才能够满足需求，此时，区域尺度也较小；在阈值较大的情况下，区域尺度也较大。遥感影像有着数据量大的特征，影像像素点众多，如果同时处理整幅图，那么效率必然不理想，考虑到这一因素，可以使用初始区域邻接图进行处理。具体的算法流程详见图1。

2 . 2知识库的构建

在进行影像分割之后会出现纹理、光谱以及开光特征，这就会有效提升其特征维数，很容易出现Huge现象，降低效率，考虑到这一因素，就需要使用最大相关性最小冗余度方式进行挑选，选择相应的特征变量，再进行识别和分类。

其中，面向对象分类地物识别的特征主要是全局特征、空间特征以及对象特征，在这些特征之中，空间特征描述的对象与对象之间的关系，对象特征则描述的是对象的光谱与纹理。

3.地表水源地水体天地数据同化技术方式3 . 1技术框架分析

卫星遥感监测技术可以快速的获取到相关区域信息，地面监测能够精确的获取到相关点信息，而地面监测法则需要使用转换与推导的方式来获取信息，在卫星遥感技术的发展之下，很多区域监测信息都是很容易被获取的，这就能够观测到不同角度的实时信息，为提升水资源监测能力奠定了坚实的基础。

3 . 2 监测注意事项

在开展地表水源地监测时，需要将重点放置在水源地蓄水量的监测上，要注意到，水库蓄水状况监测效果会受到水域蓄水状态与库容曲线准确性的影响，水库在运行的过程中会出现冲淤变形以及库底淤泥的情况。遥感能够快速的获取到相关的指标，这种指标获取情况与地表水源监测蓄水量指标有着密切的关系，采用遥感技术可以有效修补传统监测方式的不足，还能够对水库特征曲线进行实时的修正，提升监测精度与准确度。

在进行监测时，需要以时间为关联项来建立点锯数据集，对水位—面积关系曲线进行适宜的修正，再以原有库容曲线为基础来建立相关的关系模型，输入水位—面积关系曲线，完成以上工序后，即可输入地面实测数位，利用曲线来计算水库蓄水量，这样即可得到最后的评价成果。在实际应用的过程中，点据会不断的进行积累，此时即可对水库特征曲线进行修正，采取科学有效的措施提升监测的精度与准确度。

4.结语

总而言之，水源地是大自然中湖泊与河流的源头，也是人类生存与发展水资源的源头，水源地与人类的生存有着密切的关系，在社会的发展之下，人类生活与生产对于水资源也提出了更高的需求。就现阶段来看，我国水资源还存在时空分布不均衡、人均水资源量少的特点，水资源供求矛盾突出，因此，必须要对这些水资源进行科学的调度与管理。遥感技术为地表水源地水体监测工作的开展提供了良好的条件，该种监测方式是值得进行推广和使用的。

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