水生植被的类型确定方法及装置与流程

1.本发明涉及植被确定技术领域，尤其涉及一种水生植被的类型确定方法及装置。


背景技术：

2.河流湖泊水生植被一直是学界和相关管理部分最关注的问题，河流湖泊水生植被涉及到水环境、河流中的动植物等多个方面的内容。目前，由于人为和自然的共同作用下河流湖泊水生植被不断发生变化，而相关管理人员对相关信息的获取并不足，这对于水生态系统的管理和水环境的预测产生更大的不确定性。
3.目前，我国对水生植被类型的获取主要采用以下几种方式：一是通过人工调查的方法，识别不同植被类型和时空分布特征；二是通过遥感(卫星或航空数据)结合地面调查开展人工解译；第三种是通过自动分类或者要素提取的方法开展水生植被信息提取。第一种方法的问题是耗费大量的人力物力，而且难以动态的获取；第二种方法问题是由于靠人工解译过度靠人的主观识别能力，难以快速、大面积的开展相关的工作；第三种方法问题是在于目前相关的模型方法主要依赖于光学影像的光谱信息进行提取，对于浮水植物和挺水植物难以有效的识别，所以往往要依赖于先验知识。
4.因此，如何准确、高效地实现对水生植被类型的识别成了本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种水生植被的类型确定方法及装置，用以解决现有技术中水生植被类型识别不准确的缺陷，以实现准确、高效的完成对水生植被类型的识别。
6.本发明提供一种水生植被的类型确定方法，包括：
7.确定待检测下垫面是否为水体；
8.当所述待检测下垫面为水体时，基于归一化植被指数，确定所述水体中是否有水生植被；
9.当所述水体中有水生植被时，通过微波遥感获取所述水生植被的后向散射系数；
10.基于所述归一化植被指数和所述后向散射系数，确定所述水生植被的类型，所述水生植被的类型包括：挺水植物、浮叶植物或潜水植物。
11.根据本发明提供的一种水生植被的类型确定方法，所述确定待检测下垫面是否为水体，包括：
12.确定待检测下垫面的遥感影像的波段；
13.根据所述波段，确定改进的归一化水体指数；
14.根据所述改进的归一化水体指数，确定所述待检测下垫面是否为水体。
15.根据本发明提供的一种水生植被的类型确定方法，当确定待检测下垫面的遥感影像的波段为4个时，所述根据所述波段，确定改进的归一化水体指数，包括：
16.获取待检测下垫面的归一化植被指数和归一化水体指数；
17.根据所述归一化植被指数和所述归一化水体指数，得到水体指数作为改进的归一化水体指数；
18.当确定待检测下垫面的遥感影像的波段超过4个时，所述根据所述波段，确定改进的归一化水体指数，包括：
19.根据短波红外波段反射率和红光波段反射率，确定改进的归一化水体指数；或者，
20.以所述水体指数作为改进的归一化水体指数。
21.根据本发明提供的一种水生植被的类型确定方法，所述获取所述待检测下垫面的归一化植被指数和归一化水体指数，包括：
22.获取待检测下垫面的近红外波段反射率和红波段反射率；
23.基于预设关系，根据所述近红外波段反射率和所述红波段反射率，获取归一化植被指数；
24.根据所述红光波段反射率和所述近红外波段反射率，获取归一化水体指数。
25.根据本发明提供的一种水生植被的类型确定方法，所述基于所述归一化植被指数和所述后向散射系数，确定所述水生植被的类型，包括：
26.根据所述后向散射系数，确定所述水生植被的挺水植物识别指数；
27.若所述挺水植物识别指数大于等于预设挺水植物指数阈值，则确定所述水生植被为挺水植物。
28.根据本发明提供的一种水生植被的类型确定方法，所述根据所述后向散射系数，确定挺水植物识别指数之后，还包括：
29.若所述挺水植物识别指数小于预设挺水植物指数阈值，则确定所述水生植被的反射系数和水体植被差异指数；
30.若所述反射系数大于等于预设反射系数阈值，或所述水体植被差异指数大于等于预设水体植被差异指数阈值，则确定所述水生植被为浮叶植物。
31.根据本发明提供的一种水生植被的类型确定方法，所述确定所述水生植被的反射系数和水体植被差异指数之后，还包括：
32.确定所述水生植被的温度差异指数；
33.根据所述温度差异指数和所述水体植被差异指数，确定温度植被差异指数；
34.若所述水体植被差异指数小于所述预设水体植被差异指数阈值，或所述温度植被差异指数小于等于预设温度植被差异指数阈值，则确定所述水生植被为潜水植物。
35.根据本发明提供的一种水生植被的类型确定方法，所述确定所述水生植被的温度差异指数，包括：
36.获取影像采集时的空气温度；
37.确定与遥感影像同步获取的时间序列的空气温度均值；
38.根据所述空气温度和所述空气温度均值，确定所述水生植被的温度差异指数。
39.根据本发明提供的一种水生植被的类型确定方法，所述确定所述水生植被的类型以后，还包括：
40.对挺水植物、浮叶植物和潜水植物进行整合分类；
41.根据所述整合分类的结果，生成水生植被类型图。
42.本发明还提供一种水生植被的类型确定装置，包括：
43.水体确定模块，用于确定待检测下垫面是否为水体；
44.植被确定模块，用于当所述待检测下垫面为水体时，基于归一化植被指数，确定所述水体中是否有水生植被；
45.微波遥感模块，用于当所述水体中有水生植被时，通过微波遥感获取所述水生植被的后向散射系数；
46.类型确定模块，用于基于所述归一化植被指数和所述后向散射系数，确定所述水生植被的类型，所述水生植被的类型包括：挺水植物、浮叶植物或潜水植物。
47.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述水生植被的类型确定方法的步骤。
48.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述水生植被的类型确定方法的步骤。
49.本发明提供的一种水生植被的类型确定方法及装置，方法通过确定待检测下垫面是否为水体；当所述待检测下垫面为水体时，基于归一化植被指数，确定所述水体中是否有水生植被；当所述水体中有水生植被时，通过微波遥感获取所述水生植被的后向散射系数；基于所述归一化植被指数和所述后向散射系数，确定所述水生植被的类型，所述水生植被的类型包括：挺水植物、浮叶植物或潜水植，通过在光学遥感的基础上加入微波遥感技术，既能考虑到水生植被的立体信息，又能考虑到水生植被的物候和光谱特征，能够实现准确、高效的对水生植被类型的识别确定。
附图说明
50.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
51.图1是本发明实施例提供的水生植被的类型确定方法的流程示意图之一；
52.图2是本发明实施例提供的水生植被的类型确定装置的结构示意图；
53.图3是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
54.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
55.下面结合图1
‑
图3描述本发明的水生植被的类型确定方法及装置。
56.图1是本发明实施例提供的水生植被的类型确定方法的流程示意图之一。
57.如图1所示，本发明实施例提供的一种水生植被的类型确定方法，包括以下步骤：
58.101、确定待检测下垫面是否为水体。
59.具体的，确定待检测下垫面是否为水体，包括：确定待检测下垫面的遥感影像的波
段；根据波段，确定改进的归一化水体指数；根据改进的归一化水体指数，确定待检测下垫面是否为水体。其中，遥感影像的波段分为两种情况来进行分析，一种情况是为4个波段，另一种情况是超过4个波段。
60.当波段只有4个波段时，获取待检测下垫面的归一化植被指数ndvi和归一化水体指数ndwi；获取待检测下垫面的归一化植被指数包括获取待检测下垫面的近红外波段反射率r
nir
和红波段反射率r
r
；基于预设关系，根据近红外波段反射率r
nir
和红波段反射率r
r
，获取归一化植被指数ndvi。预设关系为式(1)：
[0061][0062]
式中，ndvi为归一化植被指数，r
nir
为近红外波段反射率，r
r
为红波段的反射率。
[0063]
获取归一化水体指数便是根据红光波段反射率r
g
和近红外波段反射率r
nir
，获取公式如式(2)：
[0064][0065]
式中，ndwi为归一化植被指数，r
nir
为近红外波段反射率，r
g
为红光波段的反射率。
[0066]
于是便计算得到了归一化植被指数ndvi和归一化水体指数ndwi，然后根据归一化植被指数ndvi和和归一化水体指数ndwi，确定待检测下垫面的水体指数wi作为改进的归一化水体指数，其中，wi的计算过程如式(3)：
[0067]
wi＝ndvi
‑
ndwi
ꢀꢀ
(3)
[0068]
式中，wi为水体指数作为改进的归一化水体指数。
[0069]
因此，便确定了当为4个波段的遥感影像时的改进的归一化水体指数，即wi。
[0070]
当波段超过4个波段时，根据红光波段反射率r
g
和短波红外波段反射率r
swir
，确定改进的归一化水体指数mndwi，如式(4)，或者是用wi模型计算改进的归一化水体指数。
[0071][0072]
式中，mndwi为改进的归一化水体指数，r
swir
为短波红外波段反射率，r
g
为红光波段反射率。
[0073]
于是，便分别计算得到了两种波段情况下对应的改进的归一化水体数值，然后再根据得到的改进的归一化水体指数，确定待检测下垫面是否为水体。具体的则是当mndwi≥a1或wi≤a2时，则判定待检测下垫面为水体，否则为非水体，然后对非水体进行掩膜处理。其中a1、a2为设定阈值，可以根据具体数据分析进行人为确定，最终便确定了待检测下垫面是否为水体。
[0074]
102、当待检测下垫面为水体时，基于归一化植被指数，确定水体中是否有水生植被。
[0075]
当确定待检测下垫面为水体时，通过上述步骤便获取到了水体空间范围和水体ndvi的空间分布。然后确定ndvi与预设植被阈值a3的大小，其中预设植被阈值a3为人为设定值，根据实际情况进行判定，而确定水体中是否存在水生植被，则通过式(5)，如下：
[0076]
ndvi≥a3ꢀꢀ
(5)
[0077]
当满足(5)中的条件时，便可以确定此时的水体中含有水生植被。
[0078]
103、当水体中有水生植被时，通过微波遥感获取水生植被的后向散射系数。
[0079]
当确定水体中有水生植被时，获取覆盖该水体区域的微波遥感波段及其极化方式，便得到了水生植被生长期的时间序列的后向散射系数δ
t
。
[0080]
104、基于归一化植被指数和后向散射系数，确定水生植被的类型，水生植被的类型包括：挺水植物、浮叶植物或潜水植物。
[0081]
具体的，基于归一化植被指数和后向散射系数，确定水生植被的类型，包括：根据后向散射系数，确定水生植被的挺水植物识别指数bsi；若挺水植物识别指数bsi大于等于预设挺水植物指数阈值b1，即bsi≥b1，则确定水生植被为挺水植物，否则为浮叶植物或潜水植物。而确定水生植被的挺水植物识别指数bsi，则按照式(6)的方式进行确定，如下：
[0082][0083]
式中，bsi为挺水植物识别指数，δ
i
为水生植物生长期时间序列的微波数据后向散射系数；i为参与计算的水生植被生长期微波遥感影像的第i景数据；n1为遥感影像的景数；为时间序列的δ
i
均值。
[0084]
而在确定水生植被不是挺水植物时，也就是挺水植物识别指数bsi小于预设挺水植物指数阈值b1时，则确定水生植被的反射系数rfi和水体植被差异指数vvi
i
；若反射系数rfi大于等于预设反射系数阈值c1，即式(7)，或水体植被差异指数vvi
i
大于等于预设水体植被差异指数阈值c2，即式(8)，则确定水生植被为浮叶植物，而执行式(7)、(8)的前提是ndvi≥a3，且bsi＜b1。
[0085][0086][0087]
而当不满足上述式(7)和式(8)的条件时，则确定水生植被的温度差异指数tvi
i
；根据温度差异指数tvi
i
和水体植被差异指数vvi
i
，确定温度植被差异指数dfi；若水体植被差异指数vvi
i
小于预设水体植被差异指数阈值c2，即式(9)；或温度植被差异指数dfi小于等于预设温度植被差异指数阈值c3，即式(10)；则确定水生植被为潜水植物，其中，执行(9)(10)的前提是ndvi≥a3，且bsi＜b1。
[0088][0089]
dfi＝vvi
i
‑
tvi
i
≤c3ꢀꢀ
(10)
[0090]
式中，vvi
i
为水体植被差异指数，dfi为温度
‑
植被差异指数，tvi
i
为温度差异指数。
[0091]
而确定水生植被的温度差异指数tvi
i
，包括：获取影像采集时的空气温度t
i
；确定与遥感影像同步获取的时间序列的空气温度均值可以是通过地面气象站获取的空气温度均值，根据空气温度和空气温度均值，确定水生植被的温度差异指数tvi
i
，如式(11)：
[0092][0093]
于是，便通过上述的公式计算之后，确定出水生植被的具体的植被类型，确定出具体水生植被的植被类型为挺水植物、浮叶植物还是具体的潜水植物，其中，潜水植物可以包括沉水植物和藻类等。
[0094]
本发明实施例提供的一种水生植被的类型确定方法，通过确定待检测下垫面是否为水体；当所述待检测下垫面为水体时，基于归一化植被指数，确定所述水体中是否有水生植被；当所述水体中有水生植被时，通过微波遥感获取所述水生植被的后向散射系数；基于所述归一化植被指数和所述后向散射系数，确定所述水生植被的类型，所述水生植被的类型包括：挺水植物、浮叶植物或潜水植，通过在光学遥感的基础上加入微波遥感技术，既能考虑到水生植被的立体信息，又能考虑到水生植被的物候和光谱特征，能够实现准确、高效的对水生植被类型的识别确定。
[0095]
进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中在确定水生植被的类型以后，还包括：对挺水植物、浮叶植物和潜水植物进行整合分类；根据整合分类的结果，生成水生植被类型图，使得可以更加直观地了解到具体的水生植被类型。
[0096]
通过结合微波遥感和光学遥感技术的优势，既考虑挺水植被立体信息及其变化特征，又考虑水生植被的物候和光谱特征，使得在面向河湖水生植被和水环境管理时，充分考虑挺水植被、浮叶植被和潜水植被的后向散射系数和光学水体指数变化特征的基础上，能够更加准确、快速地完成对水生植被类型的识别。
[0097]
基于同一总的发明构思，本技术还保护一种水生植被的类型确定装置。下面对本发明提供的水生植被的类型确定装置进行描述，下文描述的水生植被的类型确定装置与上文描述的水生植被的类型确定方法可相互对应参照。
[0098]
图2是本发明实施例提供的水生植被的类型确定装置的结构示意图。
[0099]
如图2所示，本实施例提供的一种水生植被的类型确定装置，包括：
[0100]
水体确定模块10，用于确定待检测下垫面是否为水体；
[0101]
植被确定模块20，用于当所述待检测下垫面为水体时，基于归一化植被指数，确定所述水体中是否有水生植被；
[0102]
微波遥感模块30，用于当所述水体中有水生植被时，通过微波遥感获取所述水生植被的后向散射系数；
[0103]
类型确定模块40，用于基于所述归一化植被指数和所述后向散射系数，确定所述水生植被的类型，所述水生植被的类型包括：挺水植物、浮叶植物或潜水植物。
[0104]
本发明实施例提供的一种水生植被的类型确定装置，通过确定待检测下垫面是否为水体；当所述待检测下垫面为水体时，基于归一化植被指数，确定所述水体中是否有水生植被；当所述水体中有水生植被时，通过微波遥感获取所述水生植被的后向散射系数；基于所述归一化植被指数和所述后向散射系数，确定所述水生植被的类型，所述水生植被的类型包括：挺水植物、浮叶植物或潜水植，通过在光学遥感的基础上加入微波遥感技术，既能考虑到水生植被的立体信息，又能考虑到水生植被的物候和光谱特征，能够实现准确、高效的对水生植被类型的识别确定。
[0105]
进一步的，本实施例中的水体确定模块10，具体用于：
[0106]
确定待检测下垫面的遥感影像的波段；
[0107]
根据波段，确定改进的归一化水体指数；
[0108]
根据改进的归一化水体指数，确定待检测下垫面是否为水体。
[0109]
进一步的，本实施例中水体确定模块10，具体用于：
[0110]
当确定待检测下垫面的遥感影像的波段为4个时，所述根据所述波段，确定改进的归一化水体指数，包括：
[0111]
获取待检测下垫面的归一化植被指数和归一化水体指数；
[0112]
根据所述归一化植被指数和所述归一化水体指数，得到水体指数作为改进的归一化水体指数；
[0113]
当确定待检测下垫面的遥感影像的波段超过4个时，所述根据所述波段，确定改进的归一化水体指数，包括：
[0114]
根据短波红外波段反射率和红光波段反射率，确定改进的归一化水体指数；或者，
[0115]
以所述水体指数作为改进的归一化水体指数。
[0116]
进一步的，本实施例中的水体确定模块，具体还用于：
[0117]
获取待检测下垫面的近红外波段反射率和红波段反射率；
[0118]
基于预设关系，根据所述近红外波段反射率和所述红波段反射率，获取归一化植被指数；
[0119]
根据所述红光波段反射率和所述近红外波段反射率，获取归一化水体指数。
[0120]
进一步的，本实施例中的类型确定模块40，具体用于：
[0121]
根据后向散射系数，确定水生植被的挺水植物识别指数；
[0122]
若挺水植物识别指数大于等于预设挺水植物指数阈值，则确定水生植被为挺水植物。
[0123]
进一步的，本实施例中的类型确定模块40，具体还用于：
[0124]
若挺水植物识别指数小于预设挺水植物指数阈值，则确定水生植被的反射系数和水体植被差异指数；
[0125]
若反射系数大于等于预设反射系数阈值，或水体植被差异指数大于等于预设水体植被差异指数阈值，则确定水生植被为浮叶植物。
[0126]
进一步的，本实施例中的类型确定模块40，具体还用于：
[0127]
确定水生植被的温度差异指数；
[0128]
根据温度差异指数和水体植被差异指数，确定温度植被差异指数；
[0129]
若水体植被差异指数小于预设水体植被差异指数阈值，或温度植被差异指数小于等于预设温度植被差异指数阈值，则确定水生植被为潜水植物。
[0130]
进一步的，本实施例中的类型确定模块40，具体还用于：
[0131]
获取影像采集时的空气温度；
[0132]
确定与遥感影像同步获取的时间序列的空气温度均值；
[0133]
根据空气温度和空气温度均值，确定水生植被的温度差异指数。
[0134]
进一步的，本实施例中，还包括整合分类模块，用于：
[0135]
对挺水植物、浮叶植物和潜水植物进行整合分类；
[0136]
根据整合分类的结果，生成水生植被类型图。
[0137]
图3是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
[0138]
如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(communications interface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行水生植被的类型确定方法，该方法包括：确定待检测下垫面是否为水体；当所述待检测下垫面为水体时，基于归一化植被指数，确定所述水体中是否有水生植被；当所述水体中有水生植被时，通过微波遥感获取所述水生植被的后向散射系数；基于所述归一化植被指数和所述后向散射系数，确定所述水生植被的类型，所述水生植被的类型包括：挺水植物、浮叶植物或潜水植物。
[0139]
此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0140]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的水生植被的类型确定方法，该方法包括：确定待检测下垫面是否为水体；当所述待检测下垫面为水体时，基于归一化植被指数，确定所述水体中是否有水生植被；当所述水体中有水生植被时，通过微波遥感获取所述水生植被的后向散射系数；基于所述归一化植被指数和所述后向散射系数，确定所述水生植被的类型，所述水生植被的类型包括：挺水植物、浮叶植物或潜水植物。
[0141]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的水生植被的类型确定方法，该方法包括：确定待检测下垫面是否为水体；当所述待检测下垫面为水体时，基于归一化植被指数，确定所述水体中是否有水生植被；当所述水体中有水生植被时，通过微波遥感获取所述水生植被的后向散射系数；基于所述归一化植被指数和所述后向散射系数，确定所述水生植被的类型，所述水生植被的类型包括：挺水植物、浮叶植物或潜水植物。
[0142]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0143]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该
计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0144]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。