一种基于MNDII时间序列的城市不透水面提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MNDII时间序列的城市不透水面提取方法，步骤如下：步骤1）获取含有近红外和短波红外波段的遥感影像数据，构建覆盖整个年度的遥感影像时间序列，并计算得到MNDII时间序列；步骤2）将每个像元的MNDII时间序列从小到大重新排序，计算相应的累计百分位，取其第十个百分位数，然后遍历所有像元得到MNDII10%；步骤3）基于MNDII10%，利用阈值法获取整个区域的不透水面；步骤4）获取与MNDII同一年度的稳定灯光数据产品，并利用阈值法提取城市区域；步骤5）利用步骤四获取的城市区域对步骤三获取的不透水面进行掩膜，得到城市不透水面。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MNDII时间序列的城市不透水面提取方法
本专利技术是一项对地观测领域的技术，针对城市不透水面的反演受裸土影响的现象，提出了一种基于MNDII时间序列的城市不透水面提取方法，利用MNDII时间序列并结合稳定灯光数据有效缓解了裸土的影响，同时消除云、积雪等因素对城市不透水面的干扰。
技术介绍
城市不透水面是指城市中由各种不透水建筑材料所覆盖的表面，如屋顶、道路和广场。随着城镇化进程的不断推进，城镇人口不断增加、城镇面积不断扩张，导致大量不透水面取代了以植被为主的自然景观，从而直接影响区域社会经济和生态环境的可持续发展。因此，及时快速地获取不透水面的空间分布信息具有重要意义。遥感具备快速、大范围、多尺度的对地观测技术优势，是不透水面有效获取的技术手段。Ridd(1995)提出了著名的V-I-S模型，把城市地表视为植被(vegetation)、不透水面(imperviousness)、土壤(soil)三者的线性组合，采用这一固定端元的概念模型实现不透水面的提取。Carlson和Arthur(2000)基于像元二分法的思想创建了ISA(ImperviousSurfaceArea)指数。Xu(2010)提出了第1个直接针对不透水面特性建立的不透水面指数NDISI(NormalizedDifferenceImperviousSurfaceIndex)。Wang等人(2015)提出了NDII指数(NormalizedDifferenceImperviousIndex)。Sun等人(2016)提出了CBI指数(CombinationalBuilt-upIndex)用于提取不透水面。不透水面遥感反演方法主要包括光谱混合分析法、指数法、决策树模型法、回归模型法等，而且很多模型也达到了较高的精度，然而不透水面与裸土混淆仍是影响不透水面反演精度的主要因素。为了缓解裸土的影响，同时消除云、积雪等因素的干扰，本专利技术提出了改进归一化不透水面指数MNDII（ModifiedNormalizedDifferenceImperviousIndex），并构建了一种基于MNDII时间序列的城市不透水面提取方法。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于MNDII时间序列的城市不透水面提取方法，该方法充分利用MNDII指数和稳定灯光数据，有效缓解了裸土的影响，同时消除了云、积雪对不透水面的干扰。该方法包括如下步骤：步骤一：获取含有近红外和短波红外波段的遥感影像数据，构建覆盖整个年度的遥感影像时间序列，并计算得到MNDII时间序列；步骤二：将每个像元的MNDII时间序列从小到大重新排序，计算相应的累计百分位，取其第十个百分位数，然后遍历所有像元得到MNDII10%；步骤三：基于MNDII10%，利用阈值法获取整个区域的不透水面；步骤四：获取与MNDII同一年度的稳定灯光数据产品，并利用阈值法提取城市区域；步骤五：利用步骤四获取的城市区域对步骤三获取的不透水面进行掩膜，得到城市不透水面。进一步地，所述步骤一中近红外波段（NIR）是指中心波长在0.86μm附近的波段，短波红外波段（SWIR）是指中心波长在2.18μm附近的波段，MNDII的计算公式为。进一步地，所述步骤二中，提取MNDII时间序列的第十个百分位数。由于MNDII10%分布图中不透水面的值明显高于其它地物，可以缓解裸土的影响；而且由于同一不透水面像元上在一年内出现云和积雪的概率往往不超过10%，因此MNDII10%也可以消除云、积雪等异常因素的影响。附图说明图1为基于MNDII时间序列的城市不透水面提取方法流程图。图2为2013年MNDII时间序列的第十个百分位数分布图。图3为2013年北京市不透水面分布图。图4为不透水面提取效果分析图（以北京市主城区为例）。具体实施方式下面结合实例对本专利技术“一种基于MNDII时间序列的城市不透水面提取方法”作进一步说明，按照实施流程（如图1所示），详细实施细节如下。步骤一：以北京市为实验区，从美国USGS网站（https://lpdaac.usgs.gov/data_access/data_pool）获取实验区2013年1月-12月期间的MODISMOD09A1产品，MODISMOD09A1为8天合成的反射率产品，分辨率为500m。利用MOD09A1产品的第二波段（NIR）和第七波段（SWIR）计算得到MNDII时间序列。步骤二：将每个像元的MNDII时间序列从小到大重新排序，计算相应的累计百分位，取其第十个百分位数，然后遍历所有像元得到MNDII10%（如图2所示）。步骤三：基于MNDII10%，利用公式（1）所示阈值法获取整个区域的不透水面。（1）步骤四：从美国国家地理数据中心（http://ngdc.noaa.gov/eog/download.html）获取了实验区2013年的稳定灯光数据NTL，为了便于运算与对比，对NTL进行了分辨率重采样，由于MNDII的分辨率为500m，而NTL的分辨率为1Km，为了确保空间分辨率的一致性，将NTL的空间分辨率重采样至500m。然后利用公式（2）所示阈值法提取城市区域。（2）步骤五：利用步骤四获取的城市区域对步骤三获取的不透水面进行掩膜，得到城市不透水面（如图3所示）。为了分析不透水面的提取效果，以北京市主城区为例进行分析（如图4所示）。将北京市主城区的不透水面提取结果与QuickBird影像进行对比，可以看出不透水面与人工建筑分布的一致性很好。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MNDII时间序列的城市不透水面提取方法，该方法包括如下步骤：步骤1）获取含有近红外和短波红外波段的遥感影像数据，构建覆盖整个年度的遥感影像时间序列，并计算得到MNDII时间序列；MNDII的计算公式为MNDII=(SWIR ‑NIR)/(SWIR+NIR)，式中SWIR为中心波长在2.18μm附近的短波红外波段，NIR为中心波长在0.86μm附近的近红外波段；步骤2）将每个像元的MNDII时间序列从小到大重新排序，计算相应的累计百分位，取其第十个百分位数，然后遍历所有像元得到MNDII10%，是为了消除裸土、云、积雪等异常因素的影响；步骤3）基于MNDII10%，利用阈值法获取整个区域的不透水面；步骤4）获取与MNDII同一年度的稳定灯光数据产品，并利用阈值法提取城市区域；步骤5）利用步骤四获取的城市区域对步骤三获取的不透水面进行掩膜，得到城市不透水面。

【技术特征摘要】
1.一种基于MNDII时间序列的城市不透水面提取方法，该方法包括如下步骤：步骤1）获取含有近红外和短波红外波段的遥感影像数据，构建覆盖整个年度的遥感影像时间序列，并计算得到MNDII时间序列；MNDII的计算公式为MNDII=(SWIR-NIR)/(SWIR+NIR)，式中SWIR为中心波长在2.18μm附近的短波红外波段，NIR为中心波长在0.86μm附近的近红外波段；步骤2）将每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：占玉林，顾行发，余涛，魏香琴，王春梅，李娟，金永涛，刘剋，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，北华航天工业学院，
类型：发明
国别省市：北京,11