遥感图像处理技术钻勘测地下水资源中的应用研究

引言

随着科学技术的不断发展，人们生活质量的不断提高，水资源问题已成为人们面临的严峻问题。面对水资源如何继续支撑人类社会的生存发展，提高人们的居住环境质量；人类如何合理地开发和利用水资源等问题，遥感技术成为最有效的技术手段之一。

遥感技术在水资源研究方面的应用主要有：水资源调查、水文情报预报和区域水文研究。由于遥感技术既可观测水体本身的特征和变化，又能对其周围的自然地理条件及人文活动的影响提供全面的信息，所以为深入研究自然环境与水文现象之间的相互关系，进而揭露水在自然界的运动变化规律，创造了有利条件。利用遥感技术不仅能确定地表江河、湖沼和冰雪的分布、面积、水量和水质，而且对勘测地下水资源也是十分有效的。

在利用遥感卫星图片对怒江峡谷水资源进行调查的过程中，为提高图像的解译精度和效率，充分利用遥感数字影像的多光谱、高分辨率、多波段图像等优势，使解译精度大大提高，降低了测量造成的误差。合理组合遥感数据源的7波段信息，有效地信息增强技术和多种图像增强处理方法，可得到信息丰富、直观易读的卫星影像，减小了技术的误差。

1、遥感图像处理

在对怒江峡谷的卫星遥感图像处理过程中，对水资源特征进行判读、提取和融合，形成准确翔实的基础属性数据，包括图形数据和属性数据，并对数据进行相应的统计分析，以获得水资源的现状数据和动态变化情况。由于常因一些外部环境的其它目标物（比如地形、植被、田地、时间、天气以及各类地物）影响解译的精确度，为使图像能显示更多、更好的信息，除了采用多波段组合外，还对不同解译目标和图像范围进行有针对性的图像处理，主要有以下几种方法：

（1）直方图均衡化处理：这种方法主要在局部范围的解译中经常用到。在怒江水资源的解译过程中，为了更好地提取怒江支流的信息，在局部支流图像中使用直方图均衡化处理，以使得在怒江支流局部图像信息均匀分布在0～255灰阶内，通过这种方法，亮度可以更好地在直方图上分布，使输出图像的像元亮度呈线性变化，图像中的支流地形更加突现，图像更加清晰。

（2）比值处理：是根据不同地物各波段灰度值分布的差异，对多波段影像进行比值处理。为更好的提取怒江遥感图像中的水资源信息，利用比值处理方法，提取水资源，首先消除大量的阴影干扰，使遥感影像中水资源本身光谱反射的数据接近于真实值，从而使水资源遥感影像的质量得到了提高，突出水资源的信息。同时为便于解译渠系，利用比值处理使得影像中渠系的均值拉开、方差缩小，便于将其归类，易于渠系信息的提取，更使得渠系与背景（农田、村镇等）反差明显。

（3）滤波处理：是去除每个地形物的区域性的平均高度，使得新地形物只呈现地物的高度差，应用图像中某些空间特征的信息进行处理，改善目标地物与其邻域间像元的对比度关系。在怒江水资源的河流域分界线解译过程中，为突出怒江、独龙江和支流的特征，利用滤波处理图像，改变河流边、线上像素元点间的对比度，应用不同频率信息的相互抑制作用，使得怒江、独龙江和支流的边缘、线条、纹理、细节更加突出，肉眼能够直接识别到怒江、独龙江和支流的流域分界线，遥感图像更容易解译。

总之，根据不同解译目标和图像范围进行不同的有针对性的图像处理，使得怒江遥感图像中的水资源信息更加丰富，提高了遥感图像中水资源的解译度，准确度，缩短了解译的时间。

2、遥感图像的解译过程

2．1 几何校正

由于人们已习惯使用正射投影的地形图，因此对各类遥感影像的畸变都必须以地形图为基准进行几何校正。几何校正就是将图像数据投影到平面上，使其符合地图投影的过程，几何校正最重要的是控制点的选取和确定控制点的数量。在遥感图像和地形图上分别选择同名控制点，以建立图像与地图之间的投影关系，这些控制点应该选在能明显定位的地方，如河流交叉点等。其次建立整体映射函数，根据图像的几何畸变性质及地面控制点的多少来确定校正数学模型，建立起图像与地图之间的空问变换关系。

在怒江水资源调查中，利用ERDAS IMAGINE 8．7系统提供了几何校正方法：几何校正计算模型选多项式变换Polynomial，在调用过程中多项式的次方数Order选择为3，即需要10个控制点，然后设置其它相应参数。确定检查点误差，当所有检查点误差均小于一个象元时就可以进行重采样。以怒江州地形图作为大地参考坐标，结合野外采点的数据，用地图采点模式，通过键盘输入坐标数据；在地图上选点后借助数字化仪来采集控制点坐标（如图1）。

选择控制点时主要遵循了以下原则：第一，控制点尽可能均匀的分布到怒江遥感图像的重叠区域内；第二，尽可能地选择线条轮廓比较清晰地物的交叉点或拐点作为控制点，如怒江的河流、湖泊、公路、铁路等线条比较明显的地物；第三，开始三个控制点的选择一定要十分的精确，从第四个点开始，系统会根据已经接受的几何校正控制点（CeometricCorrection Point，GCP）自动计算此点的位置，并显示在两幅待镶嵌的图像上和GCP编辑栏中由于肉眼识别能力有限，GCP的选择会有一定的误差，误差大小控制在1个像元（30 m）以内，对于误差大于1个像元的GCP则需进行调整，直至其小于1个像元。

2．2 无缝镶嵌

当影像图是包含两景以上的卫星图像时，必须对图像进行数字镶嵌，以获取制图范围内的完整图像。本文所采用的是数据为1的多景遥感的图像，所以利用ERDAS IMAG-INE 8．7系统，先对每一景图像进行几何校正，使其归于统一的坐标系中，然后运用系统中镶嵌工具，对每景图像进行裁剪，去掉重叠部分，再将两景裁剪后的图像经几何匹配拼接起来。图像镶嵌时要以具有足够的几何精度，没有明显的几何错位现象为原则。图像无缝镶嵌结束后，所得图像缝隙不明显，图像图面色调均匀，水资源色调保持了一致，信息丰富；镶嵌后图像的质量大为提高，为后期解译工作创造良好的条件。

2．3 外业踏查

外业踏查样点定位采用怒江地形图结合GPS定位进行，并拍摄每点的地面实况照片。外业踏查路线主要根据交通、代表性和辅助材料等因素来设置，在该研究区中共设置了1条外业踏查线路，主要是沿怒江峡谷进行。同时建立判读标志，判读标志是遥感图像上能直接反映和判别地物信息的影像特征，包括外观形状、形状大小、颜色、纹理、图案、位置和布局。踏查完路线后，即时进行室内判读分析，对各类影像特征应依不同时间、不同环境、不同地理位置和不同数据分别建立判读标志。

2．4 水域解译与提取

水域解译过程如图2。

遥感图像的初步解译阶段，水资源较自然地理环境中的其它地形物，具有低反射率和强烈吸收红外波谱的特性，因而在遥感卫星影像上，特征较为明星，详细地表物解译结果如表1所示。

在初步解译中，从遥感图像中读取不同地物（河流、植被、城市等）各波段的灰度值，对同种地物同种波段的采样点作平均值统计，采用波谱间关系法分析不同地物在各个波段的相对关系，便于水资源的计算机解译。

在不同地物光谱特征曲线解译过程中，应该遵循一个原则：先易后难，即先找主要河流后支流，先找1级干流后2级支流（依此类推）的顺序进行。初步解译阶段在遥感图像中先找的怒江、独龙江等主要河流，再从图像中找到了泸水线的老窝河、贡山县的迪麻洛河等支流，初步解译阶段除了能解译河流外，还能解译水利工程中的大、中、小水库、堤防、拦河闸、渠系等分布状况。

在初步解译和野外调查的基础上，为确保解译标志、光谱曲线的准确性、一致性，核查解译成果的可靠性，调查疑难目标的真实性，在怒江峡谷进行野外调查检验工作，对疑难和代表性河段及流域分界线进行实地调查，进一步完善修改解译成果。最好选择不同季节进行了怒江峡谷范围的野外调查、光谱观测和验证工作，遵循一个原则：即整个解译过程是“解译-验证-再解译”的反复过程，此项工作一直贯穿解译工作的全过程，才能保证解译结果的精确可靠。

本次怒江峡谷水资源遥感调查工作，主要解译了怒江河流形态、141条支流水系分布、流域分界线以及水库、堤防、灌区、渠系、拦河闸等水利工程，计算了怒江和独龙江干流长度及流域面积，怒江干流长316公里，独龙江干流长80公里，完成了怒江地表水资源量的计算，并对水资源开发利用现状进行了监测，提出了合理开发利用与保护水资源的对策和建议。

3、总结和讨论

利用遥感技术、先进计算机技术、图像处理技术和地理信息系统等综合的高新技术调查水资源能够快速完成调查，使调查准确精度好，同时可节省大量时间、成本、人力、物力，完成了传统方法难以完成的任务。本次研究的遥感解译一自动量测-成图全过程均在计算机上完成，避免了传统方法冲扩卫星图片、解译、手绘、测量、成图过程中的各种误差，另外针对不同地物进行不同的解译方法设计，图像解译方法采取了计算机自动解译法和目视判读法并用、遥感解译和怒江水资源资料结合、室内解译与怒江野外实地调查结合的方法，既体现了技术上的先进性，又具有实用性，提高了解译精度，使图像精度和效率大幅提高，为怒江水资源调查提供了技术支持。并带来了直接经济效益。

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