張 毅，陳成忠，吳桂平，范興旺，潘 鑫，劉元波**

(1：湖北師范學(xué)院城市與環(huán)境學(xué)院，黃石 435002) (2：中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，南京 210008)

遙感影像空間分辨率變化對(duì)湖泊水體提取精度的影響*

張 毅1，2，陳成忠1，吳桂平2，范興旺2，潘 鑫2，劉元波2**

(1：湖北師范學(xué)院城市與環(huán)境學(xué)院，黃石 435002) (2：中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，南京 210008)

湖泊面積是表征湖泊水情變化的重要指示因子，如何從不同空間分辨率遙感數(shù)據(jù)中獲取客觀準(zhǔn)確的水面信息，是當(dāng)前遙感應(yīng)用研究中的難點(diǎn)問題.本文以鄱陽湖為例，通過選用豐水期和枯水期代表性Landsat ETM+遙感影像，采用最鄰近法(NN)和像元聚合法(PA)兩種重采樣方法，分別獲取分辨率逐漸降低的不同分辨率的影像數(shù)據(jù)，結(jié)合歸一化差異水指數(shù)法研究水域面積隨遙感影像分辨率降低的變化趨勢(shì)及其誤差變化特征，同時(shí)深入分析不同影響因素對(duì)水體提取精度的差異.研究結(jié)果表明：(1) 空間分辨率是影響鄱陽湖水體提取精度的重要因素之一，隨著遙感影像空間分辨率的降低，提取水域面積的精度相對(duì)30m分辨率時(shí)呈逐漸降低的趨勢(shì)，但整體精度較高，最低精度在67.64%以上；(2) NN重采樣方法對(duì)遙感影像波段亮度值的均值影響不大，但PA重采樣后影像的均值和標(biāo)準(zhǔn)差隨分辨率逐漸降低且變化更有規(guī)律；(3) 水體閾值在PA重采樣后變化較大，NN重采樣后變化較小，因而采用30m分辨率時(shí)獲取的閾值提取PA重采樣后鄱陽湖水體誤差較大，提取NN重采樣后的湖泊水體誤差較小.本研究結(jié)果對(duì)于全球變化影響下湖泊水體信息遙感精確提取具有重要的參考價(jià)值.

遙感；分辨率；閾值；重采樣；NDWI；鄱陽湖

湖泊是陸地表層系統(tǒng)各要素相互作用的節(jié)點(diǎn)，在維系區(qū)域生態(tài)平衡，減輕干旱、洪水災(zāi)害等方面發(fā)揮著不可替代的作用.近年來，在全球氣候變化和人類活動(dòng)的影響下，全球范圍內(nèi)多地區(qū)極端干旱、洪水等自然災(zāi)害的頻發(fā)給社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等都帶來了巨大的影響.由于湖泊面積是表征湖泊受氣候變化與人類活動(dòng)影響程度的重要指示器，因此實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地提取湖泊水域面積，對(duì)于湖泊周邊水資源優(yōu)化配置、生態(tài)環(huán)境保護(hù)及其區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等意義重大.

衛(wèi)星遙感具有覆蓋范圍大、快速、準(zhǔn)確的宏觀監(jiān)測(cè)能力，成為近年來湖泊水域面積提取的重要技術(shù)方法[1-2]，并且得到了越來越多的應(yīng)用.Birkett[3]利用衛(wèi)星雷達(dá)測(cè)高數(shù)據(jù)和近紅外影像獲取了高精度的乍得湖永久湖泊和洪水淹沒區(qū)面積；Hui等[4]和Feng等[5]分別利用Landsat數(shù)據(jù)和MODIS數(shù)據(jù)，使用歸一化差異水指數(shù)(NDWI)研究了鄱陽湖的水域面積變化特征.由于不同空間分辨率的遙感數(shù)據(jù)所體現(xiàn)的地物特征和所承載的地物信息量是不同的[6]，使得借助不同分辨率遙感影像所提取的地表信息不可避免地存在著精度上的差異.如何衡量和消除這些差異，以達(dá)到遙感數(shù)據(jù)最高效的利用，已經(jīng)成為當(dāng)前遙感研究的重要內(nèi)容[7-10]，并且在土地覆蓋、地表溫度等方面開展了較多研究[11-13]，然而關(guān)于遙感影像空間分辨率變化對(duì)湖泊水體提取精度影響程度、具體變化情況以及不同因素對(duì)其產(chǎn)生影響的具體機(jī)制方面進(jìn)行探討和研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值，是亟待解決的重要科學(xué)問題.

圖1 鄱陽湖區(qū)Landsat ETM+543波段假彩色合成影像Fig.1 Landsat ETM+543 band false color composite images of Lake Poyang

基于此，本文擬以大型季節(jié)性湖泊——鄱陽湖為研究對(duì)象，以具有中高分辨率的Landsat ETM+數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，首先通過選擇豐水期和枯水期的典型代表性影像，利用重采樣方法獲得不同空間分辨率的影像數(shù)據(jù)，采用目前被廣泛使用的NDWI提取對(duì)應(yīng)分辨率的湖泊水體面積，在此基礎(chǔ)上定量分析湖泊水體提取的誤差及其來源，最終總結(jié)出遙感影像空間分辨率變化對(duì)湖泊水體提取精度的影響，以期為湖泊面積的遙感精確監(jiān)測(cè)提供可靠的方法借鑒和數(shù)據(jù)保證.

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)概況

鄱陽湖(28°22′～29°45′N，115°47′～116°45′E)是我國最大的淡水湖，地處江西省北部.湖泊主要承納贛江、撫河、信江、饒河、修水五河來水，在涵養(yǎng)水源、調(diào)蓄長(zhǎng)江洪水、調(diào)節(jié)氣候及降解污染物等方面發(fā)揮著重要作用[14]，同時(shí)也是補(bǔ)給湖口以下長(zhǎng)江干流的主要水源之一(圖1).鄱陽湖是一個(gè)十分典型的季節(jié)性、過水性和吞吐型淺水湖泊[15].湖泊南北最長(zhǎng)為173km，東西最寬為70km，最窄僅為3km，平均寬度16.9km[16].湖泊受季風(fēng)影響，水域面積變化明顯，在高水位時(shí)湖水面積可達(dá)3900余km2，但低水位時(shí)僅100多km2，高水呈湖相，低水呈河相，以致出現(xiàn)“夏秋一水連天，冬春荒灘無邊”的景象[17].

1.2 數(shù)據(jù)

本文選擇具有中高分辨率的Landsat 7 ETM+(空間分辨率為30m)影像作為數(shù)據(jù)源.具體操作過程中，考慮到研究結(jié)果的典型性，有針對(duì)性地選用豐水期(2000年9月23日，星子站水位：16.15m)和枯水期(2003年2月20日，星子站水位：12.16m)Landsat ETM+影像各一景，分別抽取出綠光波段(B2)和近紅外波段(B4)，以進(jìn)行比值運(yùn)算處理，兩波段的光譜分辨率分別為0.52～0.60μm和0.77～0.90μm.此外，為了減小其它誤差所帶來的影響，研究過程中對(duì)遙感影像數(shù)據(jù)不做前期預(yù)處理.

1.3 方法

本研究的技術(shù)路線為：首先，在分別抽取豐水期和枯水期Landsat ETM+影像B2、B4波段的基礎(chǔ)上，選用兩種重采樣方法對(duì)各自波段進(jìn)行重采樣，將遙感影像降低到指定分辨率.然后借助NDWI，運(yùn)用30m分辨率時(shí)選取的閾值提取不同分辨率遙感影像的水體.在此基礎(chǔ)上，分別從相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差兩個(gè)方面分析提取水體的誤差隨分辨率降低的變化趨勢(shì).接著通過對(duì)提取的水體面積隨分辨率變化的線性擬合分析，探討分辨率對(duì)提取精度的影響，并從各波段降低分辨率后波段亮度值(DN值)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差隨分辨率的變化趨勢(shì)來分析重采樣方法對(duì)水體提取精度的影響.同時(shí)選取不同水情、不同重采樣后分辨率分別為30、900、2900和4900m時(shí)NDWI的直方圖，比較其變化特點(diǎn)，進(jìn)一步分析閾值對(duì)水體提取精度的影響.具體研究思路如圖2所示.

圖2 研究技術(shù)路線圖Fig.2 Research technology road map

重采樣過程中使用了兩種方法降低各波段影像分辨率，分別為鄰近值法(Nearest Neighbor，NN)和像元聚合法(Pixel Aggregate，PA).其中，臨近值法重采樣是將距新像元中心最臨近的原像元值作為輸出值，賦予新的像元；像元聚合法是平均所有輸出像元大小內(nèi)的像元值作為輸出像元值的方法.在重采樣過程中，以Landsat ETM+的單波段影像作為重采樣的基礎(chǔ)，并將其分辨率由30m分別轉(zhuǎn)換為250、500、700m，每間隔200m實(shí)現(xiàn)一次重采樣，直至4900m.具體操作過程均在ENVI 4.7平臺(tái)下實(shí)現(xiàn).

在Landsat ETM+影像中，由于水體在B2波段的反射比在B4波段強(qiáng)，并且植被在B4波段反射最強(qiáng)，選用B2和B4波段進(jìn)行比值運(yùn)算能很好地突出水體信息并抑制非水體信息.因此，基于綠波段與近紅外波段，通過構(gòu)造突出水體信息的NDWI，同時(shí)配以合適的閾值，可以較好地將水體信息和非水體信息區(qū)分開來[18].其計(jì)算公式為：

(1)

式中，GREEN和NIR分別代表綠色波段和近紅外波段的反射率.理想情況下，NDWI為正值時(shí)表示地面有水、雨雪覆蓋；NDWI等于0時(shí)表示地面覆蓋為巖石或裸土等；NDWI為負(fù)值時(shí)表示有植被覆蓋.

研究過程中，由于閾值的選取受到人為因素影響較大，為減少其帶來的水域面積提取誤差，考慮在不同遙感影像分辨率下均采用原始數(shù)據(jù)(即30m分辨率的NDWI數(shù)據(jù))所確定的閾值來實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)分辨率下水體信息的提取.同時(shí)，也將30m分辨率遙感數(shù)據(jù)獲取的湖盆水域面積作為不同分辨率下遙感影像提取水體的基準(zhǔn)，進(jìn)而對(duì)比其水體提取精度的變化情況.

2 結(jié)果與分析

2.1 水域面積提取精度分析

以使用30m分辨率的NDWI數(shù)據(jù)所確定的閾值為統(tǒng)一基礎(chǔ)，對(duì)重采樣后不同分辨率影像數(shù)據(jù)的鄱陽湖區(qū)水體進(jìn)行了逐一提取，其所提取的水域面積與空間影像分辨率的關(guān)系如圖3a所示.研究發(fā)現(xiàn)，選用的豐水期影像提取的鄱陽湖水域面積最大為3690.27km2，枯水期時(shí)最大僅為2580.67km2.就整體趨勢(shì)而言，采用NN重采樣方法改變影像分辨率后，其水域面積變化較?。欢捎肞A重采樣時(shí)，變化趨勢(shì)波動(dòng)較小，但變化絕對(duì)值較大.以30m分辨率時(shí)提取的鄱陽湖水域面積作為標(biāo)準(zhǔn)值，將分辨率變化后提取的水域面積與其比值作為衡量精度的大小.由圖3b可知，基于NN重采樣后，枯水期時(shí)不同分辨率下提取的水域面積精度較高，精度值均在85.46%以上；豐水期時(shí)，采用NN重采樣降低分辨率后提取水域面積的精度次之，均在77.22%以上；采用PA重采樣降低豐水期和枯水期分辨率后提取水域面積的精度基本一致，其最低精度分別為67.64%和70.14%.同時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)分辨率降低到3000m以下時(shí)，各種情況下精度均有較大波動(dòng)；而在此分辨率以上，各提取精度波動(dòng)變化不大，特別是基于NN重采樣的枯水期影像，其提取精度均保持在95.16%以上.

圖3 水面積(a)和提取精度(b)隨空間影像分辨率的變化趨勢(shì)Fig.3 Variations of lake surface area(a) and accuracy(b) with different spatial resolutions of image

2.2 誤差分析

不同時(shí)期，不同重采樣方法降低分辨率后提取的水域面積的精度不同，即不同分辨率時(shí)提取的水域面積相較于30m分辨率時(shí)提取的水域面積產(chǎn)生的誤差不盡相同(圖3b).基于此，我們計(jì)算了不同情況時(shí)，不同分辨率下提取的水域面積，將與30m分辨率時(shí)提取的水域面積差值的絕對(duì)值作為絕對(duì)誤差值，并分析了其與分辨率之間的關(guān)系，如圖4a所示.就整體趨勢(shì)而言，隨著分辨率的降低，提取水體的絕對(duì)誤差逐漸增大，但當(dāng)分辨率降低到3000m以下時(shí)，出現(xiàn)較大波動(dòng).研究發(fā)現(xiàn)，通過NN和PA兩種重采樣方法改變影像分辨率后，豐水期提取的湖泊面積最大差值分別為840.66和1194.10km2，而枯水期時(shí)則分別為375.22和770.68km2.對(duì)比分析不同情況下提取水域面積的絕對(duì)誤差的最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和均方根誤差后，發(fā)現(xiàn)枯水期時(shí)采用NN重采樣降低分辨率后提取的水域面積對(duì)應(yīng)參數(shù)均最小，而豐水期時(shí)采用PA重采樣時(shí)各項(xiàng)參數(shù)均最大(表1).

表1 不同情況下提取水域面積的絕對(duì)誤差參數(shù)對(duì)比Tab.1 Different cases to extract the absolute error parameters of the water area

由于豐水期和枯水期的水域面積基數(shù)不同，其絕對(duì)變化量自然會(huì)存在較大差異.為了更好地反映空間分辨率差異對(duì)遙感影像提取湖泊水面面積精度的影響，對(duì)比分析了不同水情條件下，不同分辨率影像提取湖泊水域面積的相對(duì)誤差，即利用不同分辨率下提取的湖泊水域面積與30m分辨率下提取的湖泊水域面積的絕對(duì)誤差除以30m分辨率時(shí)提取的湖泊水域面積，結(jié)果如圖4b所示.可以看出，采用PA重采樣時(shí)，豐水期和枯水期不同分辨率提取水域面積的相對(duì)誤差變化趨勢(shì)基本相同，采用NN重采樣時(shí)二者的變化趨勢(shì)也基本相似.就整體而言，豐水期時(shí)采用PA重采樣的相對(duì)誤差最大，此時(shí)最大相對(duì)誤差達(dá)32.36%；枯水期PA重采樣次之，最大相對(duì)誤差為29.86%；NN重采樣方法在應(yīng)用于豐水期和枯水期時(shí)的最大相對(duì)誤差較小，分別為22.78%和14.54%.

圖4 不同情況下提取不同分辨率水域面積的絕對(duì)誤差(a)和相對(duì)誤差(b)變化趨勢(shì)Fig.4 Variations of absolute errors(a) and relative errors(b) of water areas with different resolutions under different cases

2.3 誤差影響因素分析

2.3.1 空間分辨率的影響 對(duì)不同水情條件、不同空間分辨率下提取的鄱陽湖水域面積與對(duì)應(yīng)空間分辨率進(jìn)行線性擬合發(fā)現(xiàn)，豐水期時(shí)采用NN重采樣方法降低影像空間分辨率后提取的水域面積與對(duì)應(yīng)分辨率的線性關(guān)系為：y=-12.451x+3366(R2=0.4)；豐水期采用PA重采樣時(shí)的線性關(guān)系為：y=-29.772x+3250.1(R2=0.78)；枯水期時(shí)采用NN重采樣時(shí)的線性關(guān)系為：y=-7.1779x+2579.7(R2=0.23)；枯水期時(shí)采用PA重采樣時(shí)的線性關(guān)系為：y=-23.511x+2362.8(R2=0.8).由此可以看出，隨著遙感影像空間分辨率的逐漸降低，使用NDWI方法提取的鄱陽湖水域面積逐漸減小.其主要原因在于，隨著影像數(shù)據(jù)空間分辨率的降低，單個(gè)像元面積增大，面積較小的水域或較窄的線性水域信息將逐漸丟失，從而導(dǎo)致整個(gè)研究區(qū)內(nèi)遙感提取的水域面積呈逐漸減小的趨勢(shì).此外，豐水期和枯水期采用PA重采樣時(shí)線性擬合斜率絕對(duì)值更大，說明此時(shí)各影像提取的水域面積將減少得更快.由此可以看出，空間分辨率對(duì)采用不同重采樣方法降低影像分辨率后提取水體的精度影響不盡相同.

2.3.2 重采樣方法的影響 分析各波段重采樣到不同分辨率后數(shù)據(jù)特征的變化，能體現(xiàn)不同重采樣方法對(duì)不同分辨率遙感影像提取湖泊水體精度的影響.通過統(tǒng)計(jì)不同分辨率下各影像DN值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，從整體上反映其信息特征的變化狀況(圖5).

隨著遙感影像空間分辨率的降低，像元通過不同方式不斷聚合，就不可避免地導(dǎo)致一些較小類別的地物(比如較小面積的水域)消失，導(dǎo)致影像的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[19]，進(jìn)而影響到湖泊水體提取的精度.由圖5可以發(fā)現(xiàn)，使用PA重采樣后，B2和B4波段在豐、枯水期不同分辨率的均值變化都不大，較30m分辨率時(shí)均值最大極差分別為0.22、0.05和0.27、0.04；使用NN重采樣后，其均值波動(dòng)程度均大于相應(yīng)的PA重采樣后的均值變化趨勢(shì)，較30m分辨率時(shí)均值最大極差分別為1.68、0.24和2.27、1.23.其中，豐水期時(shí)采用NN重采樣時(shí)對(duì)波段DN值影響最大，但均值最大變化量也僅為2.27個(gè)灰度值，因此就均值而言，其變化基本可以忽略.

圖5 豐水期(a、b)和枯水期(c、d)不同重采樣方法下B2、B4波段DN值的均值、標(biāo)準(zhǔn)差隨分辨率的變化趨勢(shì)Fig.5 Variations of mean and standard deviation for DN values of Landsat band 2 and 4 with nearest neighboring and pixel aggregation resampling strategy at high water level(a， b) and low water level(c， d)

通過對(duì)影像標(biāo)準(zhǔn)差的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，采用PA方法重采樣后，隨著遙感影像分辨率的降低，豐、枯水期B2、B4波段影像的標(biāo)準(zhǔn)差均較規(guī)律地下降.就擬合系數(shù)而言，除豐水期的B2波段以對(duì)數(shù)關(guān)系擬合最好外，其余均以乘冪關(guān)系擬合效果最好，R2均在0.99以上，變化規(guī)律明顯.出現(xiàn)這種變化趨勢(shì)的原因在于，PA重采樣后像元的DN值來源于原影像中附近幾個(gè)像元的平均值，其總的亮度值變化并不大，所以此種情況下不同分辨率影像的均值變化就會(huì)在一個(gè)較小的范圍之內(nèi).隨著像元信息的逐漸丟失，其標(biāo)準(zhǔn)差也將有規(guī)律地減小.以NN重采樣方法降低影像分辨率后，豐水期B2、B4波段影像的標(biāo)準(zhǔn)差有明顯波動(dòng).究其原因，主要是由于采用NN重采樣后新產(chǎn)生的像元亮度值來源于離其中心最近的像元，因此新像元亮度值將呈現(xiàn)一種不規(guī)律的跳躍式變化，這就使得影像的均值和標(biāo)準(zhǔn)差的波動(dòng)程度增大.但豐、枯水期采用NN重采樣后B2和B4波段標(biāo)準(zhǔn)差變化量均小于PA重采樣后影像的標(biāo)準(zhǔn)差.基于此可以認(rèn)為，將30m分辨率影像通過不同重采樣方法降低到相同分辨率后，使用PA比NN重采樣方法損失的影像信息多.所以在相同情況下，采用PA重采樣較NN重采樣對(duì)不同分辨率時(shí)遙感影像提取水體精度影響大.

2.3.3 閾值的影響NDWI的閾值主要取決于水和非水像元的比例組合[20]和當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇髿夤鈱W(xué)特征[21].在同一景影像中，可以排除大氣光學(xué)特征對(duì)閾值的影響.但對(duì)遙感影像進(jìn)行重采樣降低分辨率后，遙感影像部分?jǐn)?shù)據(jù)信息將發(fā)生改變或丟失[22].為此，研究對(duì)比了不同時(shí)期、不同重采樣方法下NDWI直方圖的變化趨勢(shì)，以便分析區(qū)分水體和其他地物閾值的變化趨勢(shì)，從而說明采用30m分辨率時(shí)獲取的閾值對(duì)水體提取精度的影響，結(jié)果如圖6所示.通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，豐水期和枯水期采用NN重采樣時(shí)，隨空間分辨率的降低，NDWI直方圖波動(dòng)劇烈程度增加，但整體趨勢(shì)變化不大，水體像元(直方圖右側(cè)波峰)和非水體像元的比例基本未發(fā)生變化，此時(shí)以30m分辨率時(shí)的閾值提取各分辨率湖泊水體，整體上對(duì)精度影響不大；豐、枯水期在使用PA重采樣方法降低遙感影像空間分辨率后，隨著分辨率的降低，直方圖波動(dòng)程度增加，同時(shí)表征水體的波峰逐漸消失.所以在此情況下，隨遙感影像空間分辨率降低，影像中的水體像元和非水體像元比值在下降.此時(shí)仍然使用30m分辨率下獲取的閾值提取水體則會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，影響水體提取的精度.因而理論上應(yīng)當(dāng)在不同分辨率時(shí)重新選取新的閾值區(qū)分水體和非水體.但同時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著水體像元比值下降，NDWI直方圖不能形成一個(gè)雙峰結(jié)構(gòu)，表征水體像元的波峰不明顯，導(dǎo)致區(qū)分水體與非水體的閾值也難以獲取，無法有效區(qū)分水體和非水體像元[23].綜上所述，水體閾值在PA重采樣后變化較大，NN重采樣后變化較小，因而采用30m分辨率時(shí)獲取的閾值提取PA重采樣后鄱陽湖水體誤差較大，提取NN重采樣后的湖泊水體誤差較小.

圖6 豐水期和枯水期不同重采樣方法下NDWI直方圖變化情況Fig.6 NDWI histogram variations for different resampling strategies at high and low water levels

3 結(jié)語

本文以鄱陽湖為例，通過選用豐水期和枯水期代表性Lansdsat ETM+遙感影像，采用NN和PA兩種方法重采樣，分別獲得了分辨率逐漸降低的不同分辨率的影像數(shù)據(jù).在此基礎(chǔ)上，借助NDWI分析了水域面積隨遙感影像分辨率降低的變化趨勢(shì)及其誤差變化特征，進(jìn)而從空間分辨率、重采樣方法和閾值選取3個(gè)方面分別探討了各自因素對(duì)水體提取精度的影響.研究結(jié)果表明：(1) 隨著遙感影像空間分辨率的降低，提取水域面積的精度較30m分辨率時(shí)逐漸降低，但整體精度較高，最低精度在67.64%以上，特別是當(dāng)分辨率高于3000m時(shí)，基于NN重采樣的枯水期影像，其提取精度均保持在95.16%以上，說明空間分辨率是影響鄱陽湖水體提取精度的重要因素之一.(2) PA重采樣和NN重采樣方法對(duì)遙感影像DN值的均值影響不大，但采用PA重采樣后影像信息丟失的影像信息更多，致使其對(duì)重采樣后的遙感影像提取湖泊水體影響更大，精度更低，但由于二者重采樣過程中像元聚合方式不同，使得PA重采樣后影像的均值和標(biāo)準(zhǔn)差隨分辨率降低，變化更有規(guī)律.(3) 水體閾值在采用PA重采樣方法降低影像分辨率后發(fā)生較大變化，甚至在較低分辨率情況下，無法確定一個(gè)較為準(zhǔn)確的閾值來有效區(qū)分湖泊水體和其他地物，在NN重采樣后變化較小，對(duì)湖泊水體提取精度的影響不大.本文嘗試通過重采樣得到不同分辨率的遙感影像，但傳感器的很多性能也對(duì)分辨率有所影響，因而對(duì)于不同傳感器之間，相同分辨率提取水體的精度仍會(huì)有所差異.本研究結(jié)果對(duì)于全球變化影響下湖泊水體信息遙感精確提取具有重要的參考價(jià)值.

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Effects of spatial scale on water surface delineation with satellite images

ZHANG Yi1，2， CHEN Chengzhong1， WU Guiping2， FAN Xingwang2， PAN Xin2& LIU Yuanbo2

(1：CollegeofUrbanandEnvironmentalSciences，HubeiNormalUniversity，Huangshi435002，P.R.China)(2：NanjingInstituteofGeographyandLimnology，ChineseAcademyofSciences，Nanjing210008，P.R.China)

Lake area is an important indicator for lake-related research.Accurate extraction of water surface from remote sensing images with various spatial resolutions still remains unsettled.To investigate the effects of spatial resolution on lake surface monitoring， two Landsat ETM+(Enhanced Thematic Mapper Plus) images were acquired with one at high water level and the other at low water level.These images were resampled to lower resolutions using Nearest Neighboring(NN) and Pixel Aggregation(PA) methods， and extracted for water surface area usingNDWI(Normalized Difference Water Index) thresholding method.Variation trend and error distribution of water surface area with spatial resolution were thoroughly investigated.In addition， the influence of different factors on water surface extraction was discussed.The main conclusions are as follows：(1) the accuracy decreases gradually at lower spatial resolution relative to 30m resolution.However， the overall accuracy is higher with a minimum of 67.64%；(2) NN has minor impact on DN values， whereas PA reduces mean digital number values and standard values.The reduction is gradual and smoother than NN； and(3) the threshold varies for PA and remains stable for NN.Thus， use of threshold determined on 30m image should introduce larger errors for PA-resampled images than NN-resampled images.This study provides invaluable guidance for water surface mapping using remote sensing methods under global changes.

Remote sensing； spatial resolution； threshold； resampling；NDWI； Lake Poyang

*中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所“一三五”戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(NIGLAS2012135001)、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”項(xiàng)目(2012CB417003)和中國科學(xué)院百人計(jì)劃擇優(yōu)支持項(xiàng)目聯(lián)合資助.2014-04-09收稿；2014-07-02收修改稿.張毅(1988～)，男，碩士研究生；E-mail：cqzhangyi318@163.com.

**通信作者；E-mail： ybliu@niglas.ac.cn.