基于MODIS数据的太湖蓝藻遥感监测研究

摘要

利用遥感手段对蓝藻水华进行监测具有高效、全面、实时的特点。美国新一代对地观测系统EOS所携带的MODIS传感器因为其获取的卫星影像波段多、时间分辨率高、免费接收等特点而成为遥感遥测领域应用十分广泛的卫星数据。本文研究在基于MODIS数据的基础上，以地物光谱理论为基础，研究了蓝藻水华的提取模型，建立起一整套系统化处理流程，为太湖蓝藻水华的监测提供了科学的处理方法和工具。本文重点工作主要体现在以下三个方面：
　　(1)研究从最原始的MODIS数据源开始处理，利用HDF文件库函数对数据源内部波段、经纬度数据以及文件属性信息进行了读取，读取后相继完成影像的裁剪、辐射定标、几何校正的预处理工作，将卫星数据转换为包含太湖区域的遥感反射率影像。
　　(2)在基于水体光谱特性的基础上，运用近红外波段法和水体指数模型对遥感反射率影像上的水体进行了提取，为了制作出太湖湖体水体掩膜图，就必须去除太湖周边的干扰水体，本文通过研究传统连通域标记算法的不足，提出了一种新的快速标号算法，高效的对水体二值图进行了区域分割，成功提取出了太湖湖体掩膜图。
　　(3)对MODIS数据典型地物的光谱特性进行研究，通过反射率影像的单波段灰度图和多波段合成彩色图对蓝藻分布范围进行了目视解译，然后针对常用的NDVI归一化植被指数算法的不足提出改进模型。在太湖湖体掩膜的监督下，结合决策树分类的思想对提取出来的蓝藻进行了分级处理。经过实际的两景卫星影像的结果验证，改进模型对蓝藻的分级能良好的反应出目视解译图中蓝藻的分布，对蓝藻信息的提取相比NDVI要更精确。
　　本文所建立的蓝藻提取业务化处理流程经过软件平台集成开发，证实了其高效性；在有薄云、浑水干扰的情况下，蓝藻提取改进模型相比传统的植被提取模型更具有优势。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国内研究现状

1.3.2 国外研究现状

1.4 本文内容安排

第2章 MODIS简介和研究区域

2.1 TERRA＼AQUA卫星简介

2.1.1 TERRA卫星搭载的传感器

2.1.2 AQUA卫星搭载的传感器

2.2 MODIS数据特点

2.3 研究区域概况

第3章 MODIS数据预处理

3.1 HDF卫星数据读取

3.1.1 数据处理方法

3.1.2 算法流程

3.1.3 处理结果

3.2 感兴趣区域裁剪

3.3 辐射定标

3.4 几何校正

3.5 目标区域裁剪

第4章 太湖水体掩膜提取

4.1 水体提取光谱理论

4.2 水体提取算法模型

4.2.1 近红外波段阈值法

4.2.2 归一化水体指数法

4.3 改进的水体掩膜提取算法

4.3.1 二值图连通域分割简介

4.3.2 线段表示及线段连通性

4.3.3 标号归并过程

4.3.4 算法流程

4.3.5 实验结果与分析

第5章 太湖蓝藻提取研究

5.1 蓝藻提取理论基础

5.2 蓝藻提取的算法模型

5.3 目视解译法分析蓝藻信息

5.3.1 单波段特性分析

5.3.2 多个波段组合特性

5.4 算法反演蓝藻

5.4.1 普适算法反演蓝藻

5.4.2 改进算法模型

5.4.3 算法应用与分析

结 论

参考文献

致 谢

附录A(攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录)

附录B(攻读硕士学位期间所参与的学术科研活动)