基于tmetm数据的水体有机污染空间格局变化分析——以青海湟水干流西宁—乐都段为例.pdf

． ． 青海师范大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行 的研究工作及取得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，．论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得青海师范大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意 ’研究生签名：新丽哞 日期： 列o ．舌．哆 ’ 青海师范大学学位论文使用授权声明 ．青海师范大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有 权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档：可以采用影 印、缩印或其他复制手段保存论文本人电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致除在保密期内的保密论文外，允许论文 被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容 论文的公布( 包括刊登) 授权由青海师范大学研究生部办理 研究生基名：奸蒜啤毒师签名：芰箩．1 如期易胍6 ．矽 i ? 摘要 f I I I I P IIIIIf l l l l l l l lI I IJ P l l lI II II Y 17 6 019 2 湟水河谷是青海省政治、经济和文化中心，近年来随着城市化、工业化程度 的不断加快，大量工业和生活污水不达标排放加重了水体污染，特别是水体的有 机污染，已逐渐成为影响人群健康的重要化学物。

其中湟水干流西宁一乐都段， 是湟水河谷城镇最集中、人口密度最大的地区，同时也是流域水资源开发利用最 集中、水体有机污染程度较严重的地区，很具有代表性利用卫星或航空遥感信 息进行大面积范围内水体有机污染情况的空间格局变化分析，对水资源保护和水 污染防治具有十分重要的研究和应用价值 本文提出了一套适合于研究区域的T M ／E T M + 影像处理方法和技术流程，主要 包括以下内容：通过比较选用回归分析法进行大气衰减的相对辐射校；用伪不变 特特征法( P I F ) 进行多时相遥感影像的归一化处理，其中在样本点选取过程中尝 试把人工直接选取伪不变特征点应用于实践；采用谱间关系法和阈值法的综合运 用来提取研究区域的水体信息，最终确定研究区域河流信息提取模型为： 广T M 2 + T M 3 T M 4 + T M 5 ． ． LT M 5 T M 4 + T M 5 ‘ 、T M 5 O ．7 I _ t m ) 受大气散射影响非常小，而可见光( 0 ．4 ．0 ．7 “m ) 受大气影响非常 大【4 2 l 在E T M + 影像中蓝光波段( T M l ) 大气散射最大，红外波段( T M 7 ) 散射 最小。

因此，图像中的深水体与地形阴影在T M 7 中是黑色的，如果不存在散射， 深水体与阴影在其他波段也应该是黑的【4 在直方图中就是T M l 波段数据的最小值最高，与零灰度值之间的距离最大， 这段距离就是由于大气散射影响而使直方图产生的偏移量，也就是说波长越短， 偏移量越大相反，由于大气吸收减少了T M 7 波段的亮度值，使得这个波段的最 小值接近于零根据直方图情况，当红外波段( T M 7 ) 近似于零时，把其他波段 的最小值也拉到零，那么大气散射效应会最小化，这样就消除了大气的影响；回 归分析中，在深水体或地形阴影区选取样本点，将样本点的值以T M 7 的灰度值为 横坐标，其他波段的值为纵坐标进行点绘，结果会出现许多离散点，这些点在二 维平面上基本是线性结构形式，求出这些点的线性回归方程，方程的截距a i 就是 所要求的进行校正的数值将待校正波段各像元的灰度值分别减去a i 就达到消除 大气影响的目的 4 ⋯122 直方图调整法 1 ．原始波段直方图信息 B h h 肿c 憧n ： I D , i m o l 1 6 基于T M ／E T M + 数据的水体自．机污染窄问格局变化分析 ——以青海湟水千流西宁一乐都段为例 B h F u n 目舶。

D 懈t 缓 ＆黪， 鬟 7 ‰■蹴t ；1 ％# y 铷7 ．?：j ‰ 0 h 只_ d h ’D 蛔 彩7 ’ 羲? “貔 碧 = + ∥5 7 棼 7 吒 甏 磕 么●陡t 群 ～ ： ”∞ 穗 r ⋯ ‰最z ? ．，i ～“ h i ：‘女％ 8 hF l —d ∞n ：D 帕d 毪 霉—嫩曩 ^ 鸯 i ‘ 盘； i ∞商缸h 一 袤藏囊 菇 图禾l原始影像各波段直方图信息 F i g 4 l H i s t o g r a mi n f o r m a t i o no fo r i g i n a li m a g e f o re a c hb a n d 表4 - 11 9 9 9 年8 月1 日影像原始波段直方图信息 T a b4 - 1H i s t o g r a mi n f o r m a t i o no f o r i g i n a li m a g ef o re a c hb a n do nA u g u s tl ，1 9 9 9 从1 9 9 9 年8 月1 日E T M + 影像的直方图信息中可以看出红外波段T M 7 波段的 最小灰度值为l ，符合用直方图调整法进行大气校正的要求：必须存在零灰度值起 点或者接近零灰度值的起点。

2 ．相对辐射校正 用E R D A SI M A G l N E 9 ．1 的M o d e l e r 模块对1 9 9 9 年E T M + 影像进行大气校正 主要做法是以原始波段的灰度值为基础，在此基础上减去各波段的最小灰度值， 即E T M + I 、2 、3 和4 波段的灰度值分别减去3 6 、2 4 、1 7 和4 对E T M + 5 和7 波 段没有必要进行调整，因为他们的原始数据中存在十分接近于零的最小灰度值 调整后E T M + 影像各波段直方图信息如下： ●h ， “ ● 青海师范人学硕．J j 学位论文 荤 0 荤 簟 妒 尹“ ‘， ， ： ， ’ 簟1 m i l l O O 惫 霞 篓 ’ 簟，誓嚏 鳓了》， # 一十驰，～ 4 ， 0 一 _ 7 7 7 + 簟捌睢0 7 奄 1 ⋯⋯；觐辑^； ? √：％‰ B n F u r m l m n ：O 砌 a S 钟加 霉 O 囊 爹! 誊 ； j ’： 参 ：7 一《，％ 簟嗣t 量 ’：i }二一∥7 8 一 e 2 5 1 1 垃 拳 O ●s 啊n 7 S 篆 O 荔 爹 ≯‘， 劈“：魂 毪 ∥ 每”。

n , U l I Q ‰ 张毽话；赢z 蕴 熬 貔n 磐篱 耖‘⋯ ! 嘞? ‰簟懒 ％ ～ 图4 - 2直方图调整法校正后各波段直方图信息 - F i g4 - 2H i s t o g r a mi n f o r m a t i o no fc o r r e c t i o ni m a g eu s i n gh i s t o g r a ma d j u s tf o re a c hb a n d 表4 ．21 9 9 9 年8 月1 日影像大气校正后波段直方图信息( 直方图调整法) T a b4 - 2 H i s t o g r a mi n f o r m a t i o na f t e ra t m o s p h e r i cr a d i a t ．i o nc o r r e c t i o no nA u g u s t1 , 1 9 9 9 ( h i s t o g r a ma d j u s 0 波段r a i nm a xm e a nm e d i a nm o d e s t d ．d e v I22 1 94 4 ．5 4 53 8 2 52 3 ．3 1 6 2l2 3 l5 5 ．3 8 4，49 3 5 ’ 2 7 ．1 3 9 3l2 3 86 5 ．8 3 4 5 42 94 1 ．i 6 4l2 5 l1 3 7 ．4 3 8 1 3 81 3 43 4 ．1 5 8 5l 2 5 51 2 2 ．4 21 2 l1 1 4 3 8 ．8 3 4 7 l2 5 58 5 ．8 7 97 6 4 94 1 ．2 5 2 ’ 校正后单波段的最小灰度值均为0 ，但是在进行影像分析计算时要将波段进行 合成，在波段合成过程中忽略了0 值，所以从合成影像中统计的最小灰度值不是0 ， 而是略大于0 。

第1 波段的最小灰度值为2 ，是因为第1 波段校正后最小灰度值是 2 ，没有灰度值为l 的像元 基十T M ／E T M + 数据的水体有机污染窄问格局变化分析 —二一以青海海水干流西宁一乐都段为例‘ 4 ．1 ．2 ．3 回归分析法 1 ．样本点选取 ‘ 将要进行大气衰减相对辐射校正的影像进行波段合成( 包括E T M + 的第1 ．第7 波段，第6 波段除外) 在合成的影像中找出最黑的影像目标，例如高山的阴影部 ● 分、深水体等本研究采用的1 3 0 2 3 5 景影像，影像中包括青海湖的一部分，所以 在青海湖距离岸边较远处选取3 0 个采样点进行分析选用各波段的灰度值进行分 析计算 表4 ．31 9 9 9 年8 月1 日原始影像深水体不同波段灰度值情况 T a b4 - 3T h eD Nv a l u e so fd e e pw a t e ro fo r i g i n a li m a g eo nA u g u s t1 ．19 9 9 l 2 3 4 5 6 7 3 9 l O l l 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 I 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 平均值 m n B ￡! m m ：2 坨m m n B B 佗m 9 8 m B n B n 9 n B n 眨B眨屹mn眨￡!屹￡!mB m m D 屹：2 B 佗屹B B 坦博“”坫“№插H协““培埒悔临“怕协“堪侈硒“”“拓撕：2“协盯剪“拍拶”髂始“勰凹”“如如勰勰扮”勰勰如”引勰钉勰如”如勰四奶钙钙钉拍拍钉诣钉钉奶如盼如拍锯铝盼钞铂引诣钉船盼骢如盼铂钉弭刀@M醯竹饥％毋他记乃加乃毋％似“弛“竹““记他加记加铊竹佗 青海师范大学硕：￡学位论文 2 ．回归方程计算 根据采样点的情况，以E T M + 影像第7 波段的灰度值为横坐标( x ) ，其他波段 的灰度值为纵坐标( y ) ，将第7 波段和影像上其他波段的狄度值进行点绘，点绘 的结果出现了许多离散的点，这些在二维坐标平面上点绘的离散点基本是线性结 构形式( 如图4 ．3 ) 。

这些离散点x 、Y 坐标值分别是E T M + 影像第7 波段和其他波 段目标物对应像元的灰度值对这些离散点进行回归分析 图4 ．3灰度值散点图 F i g4 - 3 T h es c a t t e rd i a g r a mo ftD Nv a l u e s 设这些离散点的回归直线方程为：Y = a + b x 式中x 和Y 分别为E T M + 影像第7 波段和其他波段的灰度值，a 和b 分别是回 归直线的截距和斜率利用选取的3 0 个采样点的灰度值数据，由最, b - 乘法作直 线拟合，可得斜率b 和截距a 分别为： ．∑( 薯一；) 眦- y ) ， r _ b = _ _ ———一 J∑( 薯一_ ) 2 L 二：少一象 ． 公式伶) 式中，n 为深水体像元点数，本研究中是3 0 x 和Y 为E T M + 影像第7 波段和 靴蓑嚣望差黧橐喜薹鬻巢纛1 磁n ≯『i 套ln关01-#z34 和5 波段的回二≥根据上述公式和采样点情况，求得T M 影像第、2 、‘、和波段的回归方 程分别为： 基于T M ／E T M + 数据的水体有机污染空间格局变化分析 ——以青海湟水十流西宁一乐都段为例 ，T M1 =。