[发明专利]一种综合阈值分割和分水岭变换算法的冰面湖提取方法

说明书

一种综合阈值分割和分水岭变换算法的冰面湖提取方法，包括如下步骤：①遥感影像预处理；②应用蓝光波段和红波段进行归一化指数计算；③基于归一化水体指数计算结果，在影像上选择水体和非水体的典型样本；④对采集的水体和非水体典型样本的MNDWI的数值进行直方图统计分析；⑤选择步骤④记录的两个数值中较小的一个作为最终的阈值t；⑥应用阈值t进行阈值分割；⑦应用分水岭变换算法得到矢量格式的影像分割结果；⑧将分割后得到的面状矢量数据转为线状数据，然后从中提取出冰面湖的线状矢量范围，即可得到冰面湖的边界范围。该方法阈值确定方法简单易实现，鲁棒性好，可从水体提取结果中剔除误分象元，并进一步区分冰面湖与冰面水文要素。

技术领域

本发明属于地球地质研究领域，特别涉及一种综合阈值分割和分水岭变换算法的冰面湖提取方法。

背景技术

冰面湖是位于冰盖(冰川)表面的湖泊，是因冰盖(冰川)表面差异消融形成的临时性积水洼地。冰面湖多出现在规模较大的冰盖(冰川)消融区表面，如格陵兰冰盖、南极大陆冰盖、珠穆朗玛峰北侧绒布冰川消融区。每年消融期，当冰盖(冰川)表面温度达到融点后形成融水，融水产生后在地形等因素作用下输送，形成规模庞大、结构复杂的冰盖表面水文系统，这一系统包括冰面湖(Supraglacial Lake)、冰面河(Supraglacial Stream)、锅穴(Moulin)和冰裂隙(Cre vasse)等水文要素。冰面湖作为连接冰盖(冰川)地上与地下水文系统的重要桥梁，是反映冰盖(冰川)与气候变化之间关系的重要指示因素。以格陵兰冰盖为例，近20年来格陵兰冰盖的物质损失是造成海平面上升的主要原因，而造成格陵兰冰盖物质损失的主要原因之一就是冰盖表面消融。然而针对格陵兰、南极、珠穆朗玛峰等研究区，开展冰面水文系统实地调查的难度大、危险性高，卫星遥感技术作为一种宏观、综合、动态的对地观测手段，已成为冰面水文系统研究的新契机、新领域。依托卫星遥感技术研究冰面湖的提取方法，能够为监测冰面湖的演化过程、反演冰面湖水深和体积提供重要基础数据支撑，对于研究冰盖(冰川)表面融水的形成、存储、输送和释放机制具有重要意义。

目前，基于遥感技术提取冰面湖范围的方法主要有人工手动勾绘和自动阈值提取两种。人工手动勾绘是通过人机交互的方式，通过屏幕数字化开展。该方法能够在一定程度上确保冰面湖提取的准确度，但是该方法效率极低，并且提取结果主要取决于操作人员的专业水平，提取结果缺乏客观性。此外，应用该方法进行冰面湖的长时序、大面积观测则要消耗更多的人力和物力。因此，基于遥感影像进行冰面湖的自动化提取是研究的重点领域。该方法的主要思路是通过波段比值，归一化水体指数(Normalised Difference WaterIndex,NDWI)计算等方法，综合分析冰面湖的光谱特点，设置合适阈值,通过阈值分割区分冰面水体和非水体进而提取冰面湖。该方法面临的两个主要挑战：一是确定一个精确的阈值用于区分水体和非水体象元；二是从水体象元中区分冰面湖与其他冰面水文要素，如冰面湖，冰面融雪等。为了得到更加精确的阈值，OTSU阈值确定法等各类阈值方法被引入冰面湖提取研究中；对于冰面湖与其他水体象元的区分问题，有些学者采用多阈值分割方法，应用不同的阈值对冰面湖与其他冰面水文要素进行区分。上述方法大多需要研究者具备较高的编程水平，并且针对不同的影像和研究区需要重复进行复杂的分析和试验，方法的鲁棒性较差。此外，即使设置合适的阈值，仍不可避免对非水体象元的误提取。

发明内容

本发明的目的是提出一种综合阈值分割和分水岭变换算法的冰面湖提取方法，该方法阈值确定方法简单易实现，鲁棒性好，可从水体提取结果中剔除误分象元，并进一步区分冰面湖与冰面水文要素。

如上构思，本发明的技术方案是：一种综合阈值分割和分水岭变换算法的冰面湖提取方法，其特征在于：包括如下步骤：

①遥感影像预处理；

②改进型归一化水体指数计算，应用蓝光波段和红波段进行归一化指数计算，具体计算公式如下：

③基于改进型归一化水体指数的计算结果，在影像上选择水体和非水体的典型样本；