本發(fā)明涉及一種基于遙感影像融合的冰川面積變化監(jiān)測方法，屬于對地觀測與冰凍圈領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：20世紀(jì)以來全球氣候變化的速度在不斷加快，并在一定程度上不斷加強(qiáng)。冰川是氣候變化的指示器，對氣候變化的響應(yīng)極為敏感，氣候變暖，冰川加速退縮，冰川泥石流將進(jìn)入高潮期，可能形成冰川泥石流災(zāi)害點(diǎn)。冰川變化監(jiān)測是全球變化和區(qū)域環(huán)境研究中不可或缺的內(nèi)容之一。大部分冰川地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，實(shí)地測量冰川面積費(fèi)時(shí)費(fèi)力，遙感覆蓋范圍廣、信息量大、可連續(xù)觀測的特點(diǎn)使它為冰川變化監(jiān)測提供了快速、可靠的方法。20世紀(jì)80年代以來，衛(wèi)星遙感技術(shù)在冰川變化監(jiān)測中得到了廣泛的應(yīng)用。本世紀(jì)以來，利用遙感進(jìn)行冰川監(jiān)測能力隨著衛(wèi)星及傳感器的發(fā)展不斷提高。冰川面積變化的遙感監(jiān)測方法主要可分為兩類，分別是目視解譯和計(jì)算機(jī)輔助分類法。在對研究區(qū)域先驗(yàn)知識(shí)比較豐富的情況下，傳統(tǒng)目視解譯方法因準(zhǔn)確性較高，但效率很低。計(jì)算機(jī)輔助分類法為了提高解譯效率，有相關(guān)學(xué)者對冰川自動(dòng)提取方法進(jìn)行了研究。hall等[1]最先嘗試采用波段比值法區(qū)分冰雪；ye等[2]采用非監(jiān)督分類方法監(jiān)測了各拉丹冬冰川1969-2002年的變化；別強(qiáng)等[3]c采用雪蓋指數(shù)方法對1960-2010年黑河流域的冰川變化進(jìn)行了檢測；此外，面向?qū)ο蟮膱D像信息自動(dòng)分析方法也被運(yùn)用到了冰川信息提取研究中[4]。不同的冰川自動(dòng)提取方法均存在一定的局限性，如監(jiān)督非監(jiān)督分類方法可能會(huì)錯(cuò)分部分的積雪與巖石；雪蓋指數(shù)法難以識(shí)別冰川的表磧分布區(qū)與積雪覆蓋區(qū)[5]。傳統(tǒng)冰川變化提取方法中，波段比值法的總體精度高。綜上，現(xiàn)有的冰川變化監(jiān)測方法多為間接方法，即需要先對各時(shí)期影像的整體冰川信息進(jìn)行提取，然后通過計(jì)算得到冰川整體面積變化情況。這就使得設(shè)計(jì)一種直接對冰川變化區(qū)域提取進(jìn)行直接提取的方法具有科學(xué)意義與應(yīng)用價(jià)值。相關(guān)文獻(xiàn)如下：[1]halldk,ormsbyjp,bindschadlerra,etal.characterizationofsnowandicereflectancezonesonglaciersusinglandsatthematicmapperdata[j].annalsofglaciology,1987,9:104-108[2]yeq,kangs,chenf,etal.monitoringglaciervariationsongeladandongmountain,centraltibetanplateau,from1969to2002usingremote-sensingandgistechnologies[j].journalofglaciology,2006,52(179):537-545[3]bieqiang,qiangwenli,wangchao,etal.monitoringtheglaciervariationintheupperreachesoftheheiheriverbasedonremotesensingin1960-2010[j].journalofglaciologyandgeocryology,2013,35(3):574—582.[4]nieyong,zhangyili,liulinshan,etal.monitoringglacierchangebasedonremotesensinginthemt.qomolangmanationalnaturepreserve,1976-2006[j].actageographicasinica,2010,65(1):13—28[5]yanlili,wangjian.studyofextractingglacierinformationfromremotesensing[j].journalofglaciologyandgeocryology,2013,35(1):110—118技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種面向冰川變化監(jiān)測的遙感影像融合方法，能夠在定性分析和總體精度方面優(yōu)于常用的冰川變化監(jiān)測方法。針對傳統(tǒng)冰川變換檢測方法需要對不同時(shí)期研究區(qū)中冰川面積分別統(tǒng)計(jì)的問題，本方法針對陸地資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)提出了一種基于像元分析法的冰川變化監(jiān)測分析方法，對不同時(shí)期影像預(yù)處理后進(jìn)行同源數(shù)據(jù)的色調(diào)替換ihs融合，使實(shí)際冰川變化區(qū)域在融合后圖像中發(fā)生顏色突變，從而實(shí)現(xiàn)對冰川變化的監(jiān)測。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案如下：整個(gè)技術(shù)流程主要分為三個(gè)步驟，首先對兩期同源landsat影像進(jìn)行幾何糾正和輻射校正，并將不同時(shí)期影像進(jìn)行ihs分解，得到圖像的亮度、色調(diào)、飽和度分量；接著通過替換色調(diào)分量獲得融合圖像，使冰川變化區(qū)域突顯出來；最后利用決策樹分類方法對冰川面積變化區(qū)域進(jìn)行提取。步驟1，對兩期同源landsat影像進(jìn)行幾何糾正和輻射校正后，通過rgb空間與ihs空間正反變換，得到圖像的亮度、色調(diào)、飽和度分量；具體步驟如下：1-1)通過圖像通道的dn值得到其對應(yīng)的輻射亮度值，減少不同時(shí)期獲得的影像的輻射亮度差異；1-2)基于外部地形數(shù)據(jù)如srtm等通過高精度幾何糾正，提高不同時(shí)相的數(shù)據(jù)反映同一地物目標(biāo)信息的準(zhǔn)確度，以提高最終的監(jiān)測精度。1-3)通過envi軟件對遙感影像進(jìn)行裁剪，獲得裁剪后的覆蓋冰川區(qū)域的影像，通過rgb空間與ihs空間正反變換，將兩期多光譜圖像變換到ihs空間，使冰川變化區(qū)域突顯出來；步驟2，計(jì)算第一、二時(shí)相影像的顏色相似度，再結(jié)合兩像素顏色的歐拉距離，進(jìn)行新的色調(diào)分量的替換，當(dāng)相似度小于一定閾值時(shí)，可認(rèn)為該像元在兩個(gè)時(shí)期對應(yīng)的地物信息不一致，則將該像元的色調(diào)分量用第二時(shí)相該像元的色調(diào)分量值進(jìn)行替換，反之，不進(jìn)行替換，將i1h1's1逆變換到rgb空間，得融合圖像；步驟3，顏色突變的區(qū)域?yàn)楸p少的區(qū)域，利用決策樹分類方法將變化區(qū)域提取出來，實(shí)現(xiàn)冰川面積變化監(jiān)測。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明方法較常用的分類后比較法(波段比值法、雪蓋指數(shù)法、非監(jiān)督分類法等)具有以下優(yōu)勢：(1)它能使冰川變化區(qū)域更直接直觀地顯示出來。傳統(tǒng)的冰川監(jiān)測方法只能得到研究區(qū)整體冰川面積變化量，而無法確定變化區(qū)域，本文方法可以將變化區(qū)域直觀地顯示出來，方便縮小研究區(qū)域，在分析冰川變化具體歷程中有重要意義；(2)便于快速進(jìn)行信息提取.傳統(tǒng)的分類后比較法需要對研究區(qū)域所有冰川進(jìn)行提取，而該方法只關(guān)注變化區(qū)域，在信息提取速度上，該方法優(yōu)于傳統(tǒng)的分類后比較法?；诟倪M(jìn)ihs融合方法的冰川變化監(jiān)測方法在以上兩個(gè)方面明顯優(yōu)于常用的冰川變化監(jiān)測法。附圖說明圖1是本發(fā)明的基于ihs融合的冰川變化監(jiān)測技術(shù)流程圖；具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。請參閱圖1，本發(fā)明公開了一種面向冰川變化監(jiān)測的遙感影像融合方法，包括以下步驟：1)待融合兩期多光譜圖像進(jìn)行預(yù)處理(配準(zhǔn))，分別進(jìn)行幾何糾正和輻射校正，將兩期多光譜圖像變換到ihs空間；rgb空間與ihs空間正反變換可通過式(1)、(2)實(shí)現(xiàn).其中，ν1、v2為中間變量，h＝tan-1(v1/v2).2)計(jì)算第一、二時(shí)相影像的顏色相似度，并根據(jù)顏色相似度得到新的色調(diào)分量。兩個(gè)像素的顏色相似度公式為式(3)所示：式中，s(m1(i,j),m2(i,j))表示影像m1的第i行j列像元與影像m2的相同位置像元的顏色相似度。d為兩像素的顏色的歐拉距離，可通過式(4)計(jì)算。k、l均為常數(shù)。得到顏色相似度之后，可由式(5)計(jì)算融合后圖像的色調(diào)分量。3)將i1h1′s1逆變換到rgb空間，得融合圖像。融合后圖像中顏色突變的區(qū)域?qū)?yīng)m1影像中是冰川而在m2中不是冰川的區(qū)域，即第二時(shí)相較第一時(shí)相冰川減少的區(qū)域。交換兩個(gè)時(shí)相影像的順序，按照上述方法進(jìn)行融合，得到的融合圖像中顏色突變的區(qū)域則為第二時(shí)相較第一時(shí)相冰川增加的區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)冰川變化信息的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)。采用改進(jìn)ihs融合方法實(shí)現(xiàn)冰川變化信息發(fā)現(xiàn)之后，再利用決策樹分類方法將變化區(qū)域提取出來，從而實(shí)現(xiàn)冰川變化監(jiān)測。為了更好的說明該方法的有效性，本文也采用了傳統(tǒng)冰川變化監(jiān)測方法中總體精度最高的波段比值法對實(shí)驗(yàn)區(qū)冰川變化進(jìn)行監(jiān)測。在遙感圖像處理軟件envi支持下，計(jì)算可見光波段與紅外波段的比值，并結(jié)合適當(dāng)?shù)拈撝祵善谟跋竦谋ㄟM(jìn)行提取，并以高分辨率遙感數(shù)據(jù)得到的結(jié)果為參考進(jìn)行精度估算(表2)。表1不同方法結(jié)果對比數(shù)據(jù)源高分辨率影像低分辨率影像低分辨率影像冰川變化監(jiān)測方法人工提取波段比值法基于改進(jìn)ihs融合法2007年冰川面積(km2)34.3631.422013年冰川面積(km2)37.7534.40冰川面積變化量(km2)3.382.983.10精度(％)88.1191.51從表2中可以看出，針對該實(shí)驗(yàn)區(qū)，文中方法變化檢測精度優(yōu)于常用的波段比值法。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的
技術(shù)領(lǐng)域：
，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12