基于天宫一号高光谱数据和Landsat TM数据的黄河口湿地利用变化监测

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天宫一号目标飞行器自2011年9月29日成功发射，按计划圆满完成了一系列空间科学与应用实验/试验。其搭载的对地观测载荷—高光谱成像仪是目前我国空间分辨率和光谱综合指标最高的航天光谱成像设备，达到国际同类先进水平，在轨获取了大批高质量影像数据。中国科学院空间应用工程与技术中心（以下简称空间应用中心）广泛组织国内科研院所和行业用户单位在国土资源、海洋及海岸带、林业、城市环境、水文生态、应急灾害监测等多个领域开展了天宫一号高光谱数据的应用研究工作，取得了一大批有代表性的应用成果。

为推进高光谱遥感在湿地资源环境研究中的应用，空间应用中心组织用户单位开展了天宫一号高光谱数据湿地利用变化监测研究。中国科学院遥感与数字地球研究所利用天宫一号高光谱数据对黄河口的湿地利用状况进行了监测研究。

本应用的研究区位于山东省东营市黄河三角洲地区，是典型的海滨新生湿地，浅海滩涂面积广阔，有着丰富的水生生物资源。本应用利用2013年4月18日获取的天宫一号高光谱成像仪可见近红外谱段数据和1985年5月1日获取的Landsat TM数据，对研究区的湿地进行分类，对比分析两种数据在湿地利用监测方面的优劣，并对近30年的湿地环境变化进行评价。研究区数据影像如图1所示。

图1 研究区影像图

在本应用中，天宫一号高光谱数据和Landsat TM数据各自选取样本，分别采用光谱角填图法（SpectralAngle Mapping）和最大似然法（Maximum Likelihood）进行分类，结果如图2所示。

图2 分类结果图

表1 Landsat TM数据分类结果混淆矩阵

（总体精度：82.78％，Kappa：0.759）

表2 天宫一号高光谱数据分类结果混淆矩阵

（总体精度：88.79％，Kappa：0.859）

表1和表2分别是Landsat TM数据和天宫一号高光谱数据的分类结果混淆矩阵。由于水体和其它地物区别明显，两类数据对水体分类精度较高。相对于Landsat TM数据，天宫一号高光谱数据的光谱分辨率和空间分辨率更高，因此其对耕地和滩涂的分类精度要高于前者。而对于湿地，由于湿地和部分养殖场光谱特征相似，导致天宫一号高光谱数据的错分，而1985年该地区几乎没有发展水产养殖，因此Landsat TM的分类精度要高于天宫一号高光谱数据。天宫一号高光谱数据相对于Landsat TM数据具有光谱分辨率和空间分辨率高的特征，能记录更多不同地物类别之间的差异信息，同时也更容易识别较小的地物。对比总体精度与Kappa系数，天宫一号高光谱数据的分类精度更高，对湿地利用的监测更具有优势。

为了分析1985和2013年研究区湿地的变化情况，本应用利用转移矩阵对以上分类结果进行统计，结果如表3所示。

表3 1985年和2013年湿地利用转移矩阵（％）

从表3可以看出，近30年来该地区的湿地利用状况发生了较大的改变，主要为水体变成滩涂和养殖场，滩涂被开垦为耕地，以及湿地变成滩涂等，这一现象充分反映了人类活动对湿地影响较为严重。

本应用基于2013年的天宫一号高光谱数据和1985年的Landsat TM数据对黄河入海口湿地利用情况进了变化监测，由于天宫一号高光谱数据具有较高的光谱分辨率和空间分辨率，其分类精度优于Landsat TM，可以为湿地变化监测及相关研究提供有效的数据支撑。

相关研究成果发表于《遥感学报》(作者胡勇，刘良云）

来源：  载人航天空间科学与应用数据推广（版权归原作者及刊载媒体所有）

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编辑：蔡丽华

审核：朱林烨

指导：万剑华教授(微信号wjh18266613129)