基于Sentinel-2遥感影像提取水体实验——查看永定河生态补水后“泡汤”的高尔夫球场

相信大家对于永定河并不陌生，“卢沟桥”这座承载民族沧桑与痛苦的中国4大名桥之一便坐落在永定河之上。

2020年5月12日15时18分，永定河自官厅水库而来的水头，在经过大兴国际机场后到达京冀交界的大兴区榆垡镇崔指挥营处，标志着永定河北京段25年来首次实现全线通水。此次永定河生态补水共有3个水源：一是从山西、内蒙古交界处的万家寨水库引黄，黄河水从“引黄工程”北干线的一号隧洞流出，经七里河注入桑干河，跨越数百公里后流向官厅水库；二是山西册田水库放水；三是河北友谊水库和洋河水库放水。三大水源最终在北京的官厅水库汇流，其中引黄河水约1.2亿立方米，本地径流输水约0.55亿立方米。

时隔25年永定河再次“复活”，与此同时，也泡汤了永定河内“高尔夫一条街”，今天我们就从遥感影像来探寻被淹掉的那些“高尔夫球场”。

01研究区概况

1.1研究区示意图制作

今天们花点时间简单介绍一下研究区概况图的制作，好多同学在做论文的时候最苦恼的一个环节就是关于研究区概况图。首先将遥感影像存为TIF格式，比如ENVI下是File里面Save As TIF，然后使用ArcGIS加载数据：符号系统里可以选择拉伸方式和波段组合显示顺序：

然后切换到布局视图模式，新插入一个数据框，打印尺寸可以调整为横版：

左侧数据框可以加载一些矢量数据比如政区，右侧数据框就加载我们的遥感影像，在工具栏空白处右键调出Draw工具：

我们使用Draw工具画出研究区概况图里面的 指向线和研究区示意区：

然后导出地图为PNG或JPG就可以了。

1.2数据选取

本次实验数据选取的是2020年4月27日和5月12日两期哨兵2数据：

关于Sentinel-2预处理和拼接的操作这次就不再介绍了，大家可参考之前的文章：巧用拼接线镶嵌卫星影像——以Landsat和Sentinel-2为例

在可见光波段的水体是不够明显的，我们可以选择一种能够突出水体的波段组合方式，不同的水体的反射曲线是不一样的，受水深、泥沙、水质、水生植物的影响比较大，根据水体的反射曲线特征，我们选取近红外-短波-绿的组合方式来进行显示：

在近红外-短波-绿的组合方式中植被呈现红色，水体呈现蓝色，在4月27日永定河还未全线通水时，下游的河床一片干涸，而在5月12日的卫星影像上，整个永定河如蓝丝带一样呈现在北京城的西南方：

下图即为河床内的高尔夫球场：

02水体提取

2.1 MNDWI阈值提取

MNDWI公式本次就不再赘述了，今天重点讲操作部分，下面我们以裁剪后的2020年5月12日的一块数据为示例进行试验，首先Bandmath中写入公式，选对波段进行计算：

计算结果如下，统计数据，查看是否存在异常值：

假如数据存在大量的背景，需要使用掩摸统计功能，掩摸统计和去除异常值可以参考NDVI的方法，之前的文章中有提到：

对于水体阈值的确定，可以通过选样本ROI的方法进行计算：

计算结果如下：本次选取0.13作为分割点

选择MNDWI数据右键新建色带，将原有色带清除，自定义0.13分割点：

分割的结果可以导出class分类格式：

将分类格式另存为TIF在GIS里打开：

ArcGIS里符号系统需要选择唯一：

栅格转面可以输出为SHP矢量格式：

编辑导出的矢量SHP文件，shift多选涉及永定河的面进行合并后导出新图层：

2.2 面向对象提取

单独使用阈值分割的话，会出现河流面不连续，细小的河道断开的情况，我们尝试使用面向对象的方法来避免这种基于像元处理的弊端。首先打开基于规则的面向对象工具，在指数里面选择绿和短波1作为归一化指数计算的波段：

选择合适的分割尺度：

点击预览preview进行验证，验证自己填写的分割尺度是否能将水陆分离：

新建水体的分类名称：

在规则中选归一化指数，阈值仍然使用前面的分割点0.13：

最后导出结果：

下图是两种提取方法的对比图：

03查看“泡汤”的高尔夫球场

我们可以将提取的SHP文件导出KML格式，导入谷歌地球，谷歌地球打不开的图像可以借助第三方软件诸如红豆地球，奥维地图等。

红线内就是被淹没的高尔夫球场：

04伤痕累累的河道

此外在永定河南部，一些采砂造成的痕迹十分突出，已经看不出原有河道的形状：

这样的破坏对于夏季的防洪泄洪是非常不利的，借助于美国锁眼卫星我们可以看到1967年的永定河河道是非常连续和自然的：

河道整治任重道远，河南鲁山县沙河经过曝光后花费巨资进行整治，目前效果良好：

- END -