一种大型浅水湖泊蓝藻水华modis卫星高精度监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种大型浅水湖泊蓝藻水华MODIS卫星高精度监测方法，其特征在于：筛选对大气气溶胶类型及厚度不敏感的蓝藻水华（简称藻华）识别指数；结合2000-2013年同步的MODIS与LandsatTM/ETM+卫星影像以及水陆信息的梯度分析结果，获取藻华纯像元指数阈值；选用像元生长算法（APA）精确计算藻华混合像元（指部分被藻华覆盖的像元）内的藻华面积；进而估算湖泊全水域蓝藻水华实际面积及其区域分布。本发明可以精确获取浅水湖泊蓝藻水华时空分布，准确分析蓝藻水华发生、发展状况及趋势，科学评估湖泊污染治理与生态修复效果，为水利、环保等部门的水资源管理、水环境保护的科学决策提供科技支撑。
【专利说明】一种大型浅水湖泊蓝藻水华MODIS卫星高精度监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大型浅水湖泊蓝藻水华MODIS卫星高精度监测方法。
【背景技术】
[0002]目前，卫星遥感技术在蓝藻水华监测中已经得到了广泛的应用，为获取蓝藻水华的时空分布规律以及蓝藻水华的预测预警提供了基础和依据。但实践中发现，即使使用同一幅遥感影像，不同部门、不同人员获取的藻华水华面积存在一定差异，究其原因，主要是包括藻华识别指数不同、藻华指数对气溶胶的敏感性不同、忽略混合像元的藻华计算以及水生植被的误判等方面。MODISCMODerate-resolution Imaging spectroradiometer)数据具有较高的时间分辨率(0.5d)和光谱分辨率，且有长时间序列数据，可以生产几乎实时的图像，而且该数据质量稳定、获取容易，成本低廉，是非常理想的监测藻华遥感数据源。
[0003]水体遥感反射率是其水体各种物质的综合反映，蓝藻水华与非水华普通水体光谱上最大的差别在于近红外波段；水华水体具有较为明显的反射峰，形成近红外平台，而非水华水体没有，这也是利用卫星监测藻华的依据。国内外较常用的藻华监测算法主要有单波段法、比值法、归一化植被指数法(Normalized Difference VegetativeIndex, NDVI )、增强型植被指数法(Enhanced Vegetation Index, EVI )、浮游藻类指数法(Floating algae index, FAI)等 5 种。
[0004]表1M0DIS藻华水体各类识别模式
[0005]
名
【权利要求】
1.一种大型浅水湖泊蓝藻水华MODIS卫星高精度监测方法，其特征在于: 1)确定对大气气溶胶类型及厚度不敏感的藻华识别指数； 其中所述对大气气溶胶类型及厚度不敏感的藻华识别指数是指基于藻华常用监测指数的基本监测原理，对气溶胶类型及其厚度不敏感的藻类指数作为藻华MODIS卫星监测指数； 2)获取藻华纯像元的监测指数阈值； 基于藻华水体与非藻华水体存在明显的指数梯度差异，通过筛选出2001-2012年期间MODIS和Landsat TM/ETM+同步影像，依据指数梯度分析法，分析同步影像藻华识别面积间的关系，结合尺度转换函数，获取藻华纯像元的监测指数阈值； 3)使用像元生长算法精确计算藻华混合像元内的藻华面积； 基于藻华识别指数的纯像元阈值，假定藻华混合像元的遥感信息先行分解为藻华信息和非藻华信息，以及在遥感像元3 X 3窗口中，中心像元的监测指数值表示为窗口内最大和最小值的线性组合，实现藻华混合像元内蓝藻面积的精确估算； 4)计算湖泊全水域藻华实际面积及其区域分布； 依据基于藻华识别指数的纯像元阈值，获取MODIS影像中藻华纯像元的基本分布，根据临近像元相关、逐步向外扩展的原则，实现全影像中藻华面积的高精度估算。
2.根据权利要求1所述的大型浅水湖泊蓝藻水华MODIS卫星高精度监测方法，其特征在于，所述步骤I)中，藻华识别指数均建立在MODIS卫星影像的辐射定标、几何纠正和大气瑞利散射校正的基础上。
3.根据权利要求1所述的大型浅水湖泊蓝藻水华MODIS卫星高精度监测方法，其特征在于，所述步骤2)中，藻华纯像元指像元内100%被藻华覆盖的像元。
4.根据权利要求1所述的大型浅水湖泊蓝藻水华MODIS卫星高精度监测方法，其特征在于，所述步骤2)中，藻华纯像元阈值获取采用遥感图像梯度分析以及直方图统计分析的方法。
5.根据权利要求1所述的大型浅水湖泊蓝藻水华MODIS卫星高精度监测方法，其特征在于，所述步骤3)中，藻华混合像元中藻华面积是以藻华纯像元的标准光谱为参考的藻华覆盖面积。
6.根据权利要求1所述的大型浅水湖泊蓝藻水华MODIS卫星高精度监测方法，其特征在于，所述步骤3)中，对藻华混合像元中藻华面积精确估算采用像元生长算法。
【文档编号】G01N21/3577GK103743700SQ201410023795
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】张玉超, 马荣华, 段洪涛 申请人:中国科学院南京地理与湖泊研究所