基于Landsat 8 OLI数据与水体指数法的地表水体提取对比研究

李彤

摘 要：本文以Landsat8 OLI影像为数据源，选取宁夏阅海湖作为研究区，利用5种常用的水体指数，即归一化差异水体指数（NDWI）、改进的归一化差异水体指数（MNDWI）、修订型水体指数（RNDWI）、增强型水体指数（EWI）以及自动水体提取指数（AWEIsh），分别对研究区水体信息进行提取，对比分析了不同水体指数提取结果的差异。最后利用目视解译影像，通过建立混淆矩阵对5种水体指数提取的结果进行了精度验证。结果表明：对研究区水体而言，5种水体指数都能将大部分水体正确提取出来，总体分类精度都在97%以上。其中，MNDWI指数总体分类精度最高，达到了98.4124%，同时错、漏分误差也较低，且在狭长状水体的提取上效果较好，为最优指数。

关键词：Landsat8 OLI;水体信息提取;水体指数法

中图分类号：P332;TP79文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）25-0045-03

Abstract： Taking Landsat8 OLI image as the base data source， this paper selected Yuehai Lake in Ningxia as the research area， and used 5 commonly used water indexes， including normalized difference water index（NDWI），modified normalized difference water index （MNDWI）， revised normalized difference water index（RNDWI）， enhanced water index（EWI）and automated water extraction index（AWEIsh） to raise water body information in the study area， then compared and analyzed the extraction results of different water indexes. Finally， the accuracy of five kinds of water index extraction were verified by using visual interpretation image. The results showed that： for the water body of the study area， all five kinds of water indexes could extract most of the water bodies correctly， and the overall classification accuracy is above 97%. Among them， MNDWI has the highest classification accuracy，almost reaching 98.4124%. At the same time， the error of misclassification and leakage is also low， and the effect is better on the extraction of narrow and long water body， so it is the optimal index.

Keywords： Landsat8 OLI;water information extraction;water index method

精准有效地对湖泊进行监测和调查，快速掌握湖泊的动态变化，对区域水资源可持续利用及生态环境建设具有重要的指导意义[1]。遥感技术的发展为快速提取水体信息提供了全新的技术手段[2]。在数据源上，用于水体监测的遥感数据主要以MODIS数据、Landsat系列及高分系列等数据为主。在提取方法上，主要包括图像分类法、单波段阈值法、多波段谱间关系法及水体指数法。相较于其他算法，水体指数法因操作简单、方法成熟、提取精度高等特点得到廣泛使用。银川平原大大小小湖泊将近200个，丰富的湖泊湿地资源在维护流域生态平衡方面发挥着重要作用。本文选取银川平原最大的湖泊阅海湖作为研究区，利用Landsat8 OLI数据，结合5种常用的水体指数NDWI、MNDWI、RNDWI、AWEIsh、EWI分别对研究区水体信息进行提取，对比分析不同指数提取的水体差异;同时，将目视解译后的影像作为真实参考源，对不同指数提取的结果进行精度验证，定量评价各种方法的优劣程度，以期为宁夏湖泊资源合理规划及生态环境建设提供科学依据与参考。

1 研究区概况

阅海湖位于银川市金凤区北部，呈南窄北宽的“L”型长条状分布，周围低洼地与坑塘密布，平均水深1.4 m，丰水期可达2.5 m以上，湖泊蓄水量约为1.612×107 m3[3]，是银川市西部的生态屏障与良好的水源涵养地[4]。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源及预处理

本文选取的Landsat 8 OLI影像行列号为129/33，成像时间为2019年8月11日，图像清晰，基本无云、雾遮盖，能够满足应用需求。对原始影像进行辐射定标、大气校正、图像融合及裁剪等预处理过程，最终得到分辨率为15 m的多光谱数据，利用该数据进行水体指数提取。然后参考同时期Google Earth影像，对研究区进行目视解译，将目视解译之后的分类影像作为验证数据。

2.2 研究方法

2.2.1 水体指数法。本文选取的5种水体指数NDWI、MNDWI、RNDWI、AWEIsh、EWI计算公式如表1所示。其中，BBLUE、BGREEN、BRED分别代表可见光波段中的蓝、绿、红波段，BNIR、BSWIR1、BSWIR2分别为近红外及短波红外波段。