0 引言
隨著科學技術的不斷發(fā)展,人們生活質(zhì)量的不斷提高,水資源問題已成為人們面臨的嚴峻問題。面對水資源如何繼續(xù)支撐人類社會的生存發(fā)展,提高人們的居住環(huán)境質(zhì)量;人類如何合理地開發(fā)和利用水資源等問題,遙感技術成為最有效的技術手段之一。
遙感技術在水資源研究方面的應用主要有:水資源調(diào)查、水文情報預報和區(qū)域水文研究。由于遙感技術既可觀測水體本身的特征和變化,又能對其周圍的自然地理條件及人文活動的影響提供全面的信息,所以為深入研究自然環(huán)境與水文現(xiàn)象之間的相互關系,進而揭露水在自然界的運動變化規(guī)律,創(chuàng)造了有利條件。利用遙感技術不僅能確定地表江河、湖沼和冰雪的分布、面積、水量和水質(zhì),而且對勘測地下水資源也是十分有效的。
在利用遙感衛(wèi)星圖片對怒江峽谷水資源進行調(diào)查的過程中,為提高圖像的解譯精度和效率,充分利用遙感數(shù)字影像的多光譜、高分辨率、多波段圖像等優(yōu)勢,使解譯精度大大提高,降低了測量造成的誤差。合理組合遙感數(shù)據(jù)源的7波段信息,有效地信息增強技術和多種圖像增強處理方法,可得到信息豐富、直觀易讀的衛(wèi)星影像,減小了技術的誤差。
1 遙感圖像處理
在對怒江峽谷的衛(wèi)星遙感圖像處理過程中,對水資源特征進行判讀、提取和融合,形成準確翔實的基礎屬性數(shù)據(jù),包括圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進行相應的統(tǒng)計分析,以獲得水資源的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和動態(tài)變化情況。由于常因一些外部環(huán)境的其它目標物(比如地形、植被、田地、時間、天氣以及各類地物)影響解譯的精確度,為使圖像能顯示更多、更好的信息,除了采用多波段組合外,還對不同解譯目標和圖像范圍進行有針對性的圖像處理,主要有以下幾種方法:
(1)直方圖均衡化處理:這種方法主要在局部范圍的解譯中經(jīng)常用到。在怒江水資源的解譯過程中,為了更好地提取怒江支流的信息,在局部支流圖像中使用直方圖均衡化處理,以使得在怒江支流局部圖像信息均勻分布在0~255灰階內(nèi),通過這種方法,亮度可以更好地在直方圖上分布,使輸出圖像的像元亮度呈線性變化,圖像中的支流地形更加突現(xiàn),圖像更加清晰。
(2)比值處理:是根據(jù)不同地物各波段灰度值分布的差異,對多波段影像進行比值處理。為更好的提取怒江遙感圖像中的水資源信息,利用比值處理方法,提取水資源,首先消除大量的陰影干擾,使遙感影像中水資源本身光譜反射的數(shù)據(jù)接近于真實值,從而使水資源遙感影像的質(zhì)量得到了提高,突出水資源的信息。同時為便于解譯渠系,利用比值處理使得影像中渠系的均值拉開、方差縮小,便于將其歸類,易于渠系信息的提取,更使得渠系與背景(農(nóng)田、村鎮(zhèn)等)反差明顯。
(3)濾波處理:是去除每個地形物的區(qū)域性的平均高度,使得新地形物只呈現(xiàn)地物的高度差,應用圖像中某些空間特征的信息進行處理,改善目標地物與其鄰域間像元的對比度關系。在怒江水資源的河流域分界線解譯過程中,為突出怒江、獨龍江和支流的特征,利用濾波處理圖像,改變河流邊、線上像素元點間的對比度,應用不同頻率信息的相互抑制作用,使得怒江、獨龍江和支流的邊緣、線條、紋理、細節(jié)更加突出,肉眼能夠直接識別到怒江、獨龍江和支流的流域分界線,遙感圖像更容易解譯。
總之,根據(jù)不同解譯目標和圖像范圍進行不同的有針對性的圖像處理,使得怒江遙感圖像中的水資源信息更加豐富,提高了遙感圖像中水資源的解譯度,準確度,縮短了解譯的時間。
2 遙感圖像的解譯過程
2.1 幾何校正
由于人們已習慣使用正射投影的地形圖,因此對各類遙感影像的畸變都必須以地形圖為基準進行幾何校正。幾何校正就是將圖像數(shù)據(jù)投影到平面上,使其符合地圖投影的過程,幾何校正最重要的是控制點的選取和確定控制點的數(shù)量。在遙感圖像和地形圖上分別選擇同名控制點,以建立圖像與地圖之間的投影關系,這些控制點應該選在能明顯定位的地方,如河流交叉點等。其次建立整體映射函數(shù),根據(jù)圖像的幾何畸變性質(zhì)及地面控制點的多少來確定校正數(shù)學模型,建立起圖像與地圖之間的空問變換關系。
在怒江水資源調(diào)查中,利用ERDAS IMAGINE 8.7系統(tǒng)提供了幾何校正方法:幾何校正計算模型選多項式變換Polynomial,在調(diào)用過程中多項式的次方數(shù)Order選擇為3,即需要10個控制點,然后設置其它相應參數(shù)。確定檢查點誤差,當所有檢查點誤差均小于一個象元時就可以進行重采樣。以怒江州地形圖作為大地參考坐標,結(jié)合野外采點的數(shù)據(jù),用地圖采點模式,通過鍵盤輸入坐標數(shù)據(jù);在地圖上選點后借助數(shù)字化儀來采集控制點坐標(如圖1)。
選擇控制點時主要遵循了以下原則:第一,控制點盡可能均勻的分布到怒江遙感圖像的重疊區(qū)域內(nèi);第二,盡可能地選擇線條輪廓比較清晰地物的交叉點或拐點作為控制點,如怒江的河流、湖泊、公路、鐵路等線條比較明顯的地物;第三,開始三個控制點的選擇一定要十分的精確,從第四個點開始,系統(tǒng)會根據(jù)已經(jīng)接受的幾何校正控制點(CeometricCorrection Point,GCP)自動計算此點的位置,并顯示在兩幅待鑲嵌的圖像上和GCP編輯欄中由于肉眼識別能力有限,GCP的選擇會有一定的誤差,誤差大小控制在1個像元(30 m)以內(nèi),對于誤差大于1個像元的GCP則需進行調(diào)整,直至其小于1個像元。
2.2 無縫鑲嵌
當影像圖是包含兩景以上的衛(wèi)星圖像時,必須對圖像進行數(shù)字鑲嵌,以獲取制圖范圍內(nèi)的完整圖像。本文所采用的是數(shù)據(jù)為1的多景遙感的圖像,所以利用ERDAS IMAG-INE 8.7系統(tǒng),先對每一景圖像進行幾何校正,使其歸于統(tǒng)一的坐標系中,然后運用系統(tǒng)中鑲嵌工具,對每景圖像進行裁剪,去掉重疊部分,再將兩景裁剪后的圖像經(jīng)幾何匹配拼接起來。圖像鑲嵌時要以具有足夠的幾何精度,沒有明顯的幾何錯位現(xiàn)象為原則。圖像無縫鑲嵌結(jié)束后,所得圖像縫隙不明顯,圖像圖面色調(diào)均勻,水資源色調(diào)保持了一致,信息豐富;鑲嵌后圖像的質(zhì)量大為提高,為后期解譯工作創(chuàng)造良好的條件。
2.3 外業(yè)踏查
外業(yè)踏查樣點定位采用怒江地形圖結(jié)合GPS定位進行,并拍攝每點的地面實況照片。外業(yè)踏查路線主要根據(jù)交通、代表性和輔助材料等因素來設置,在該研究區(qū)中共設置了1條外業(yè)踏查線路,主要是沿怒江峽谷進行。同時建立判讀標志,判讀標志是遙感圖像上能直接反映和判別地物信息的影像特征,包括外觀形狀、形狀大小、顏色、紋理、圖案、位置和布局。踏查完路線后,即時進行室內(nèi)判讀分析,對各類影像特征應依不同時間、不同環(huán)境、不同地理位置和不同數(shù)據(jù)分別建立判讀標志。
2.4 水域解譯與提取
水域解譯過程如圖2。
遙感圖像的初步解譯階段,水資源較自然地理環(huán)境中的其它地形物,具有低反射率和強烈吸收紅外波譜的特性,因而在遙感衛(wèi)星影像上,特征較為明星,詳細地表物解譯結(jié)果如表1所示。
在初步解譯中,從遙感圖像中讀取不同地物(河流、植被、城市等)各波段的灰度值,對同種地物同種波段的采樣點作平均值統(tǒng)計,采用波譜間關系法分析不同地物在各個波段的相對關系,便于水資源的計算機解譯。
在不同地物光譜特征曲線解譯過程中,應該遵循一個原則:先易后難,即先找主要河流后支流,先找1級干流后2級支流(依此類推)的順序進行。初步解譯階段在遙感圖像中先找的怒江、獨龍江等主要河流,再從圖像中找到了瀘水線的老窩河、貢山縣的迪麻洛河等支流,初步解譯階段除了能解譯河流外,還能解譯水利工程中的大、中、小水庫、堤防、攔河閘、渠系等分布狀況。
在初步解譯和野外調(diào)查的基礎上,為確保解譯標志、光譜曲線的準確性、一致性,核查解譯成果的可靠性,調(diào)查疑難目標的真實性,在怒江峽谷進行野外調(diào)查檢驗工作,對疑難和代表性河段及流域分界線進行實地調(diào)查,進一步完善修改解譯成果。最好選擇不同季節(jié)進行了怒江峽谷范圍的野外調(diào)查、光譜觀測和驗證工作,遵循一個原則:即整個解譯過程是“解譯-驗證-再解譯”的反復過程,此項工作一直貫穿解譯工作的全過程,才能保證解譯結(jié)果的精確可靠。
本次怒江峽谷水資源遙感調(diào)查工作,主要解譯了怒江河流形態(tài)、141條支流水系分布、流域分界線以及水庫、堤防、灌區(qū)、渠系、攔河閘等水利工程,計算了怒江和獨龍江干流長度及流域面積,怒江干流長316公里,獨龍江干流長80公里,完成了怒江地表水資源量的計算,并對水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀進行了監(jiān)測,提出了合理開發(fā)利用與保護水資源的對策和建議。
3 總結(jié)和討論
利用遙感技術、先進計算機技術、圖像處理技術和地理信息系統(tǒng)等綜合的高新技術調(diào)查水資源能夠快速完成調(diào)查,使調(diào)查準確精度好,同時可節(jié)省大量時間、成本、人力、物力,完成了傳統(tǒng)方法難以完成的任務。本次研究的遙感解譯一自動量測-成圖全過程均在計算機上完成,避免了傳統(tǒng)方法沖擴衛(wèi)星圖片、解譯、手繪、測量、成圖過程中的各種誤差,另外針對不同地物進行不同的解譯方法設計,圖像解譯方法采取了計算機自動解譯法和目視判讀法并用、遙感解譯和怒江水資源資料結(jié)合、室內(nèi)解譯與怒江野外實地調(diào)查結(jié)合的方法,既體現(xiàn)了技術上的先進性,又具有實用性,提高了解譯精度,使圖像精度和效率大幅提高,為怒江水資源調(diào)查提供了技術支持。并帶來了直接經(jīng)濟效益。