一种基于环境要素的湖库稳定性分区方法

1.本发明属于遥感和环境领域，特别涉及一种基于环境要素的湖库稳定性分区方法。


背景技术：

2.水体分区是对生态系统目标的客观认识和对自然规律及人类活动关系的全面考察，通过分区，可充分了解不同区域的特性，使区域得到环境保护和资源可持续发展。
3.湖库自身不同区域环境要素的变化决定了其整体表现。在干旱城市，水环境的稳定来自于充足的水量，水量的明显波动将严重破坏整个稳定的水生系统。湖库在雨季储存地表径流，当降雨量不足时，可补给河流。湖库环境稳定性受到水量变化的影响较大，严重影响了周边生态系统和环境安全。同时，人工修建的湖库堤坝对水环境造成不同程度的干扰，导致不同环境区域具有不同程度的生态和环境影响。湖库分区属于微小尺度区域，考虑分区指标包括地形、水生生物种群结构等。湖库不同于河流，一般流速很低，水力交换时间长，人类干扰因素明显。
4.目前，基于遥感影像进行水库或湖泊长时序的水量和水质变化的研究或对湖库流域的分区研究较多，但缺乏对湖库本身进行分区的方法。现有方法的缺陷是将湖库视为一个整体，只关注到湖库表现出的各个区域的统一特征，忽略了湖库自身各个部分变化的差异。而在不进行湖库的分区情况下，不利于湖库的监管，水环境的局部变化在早期可能很难发现，只有当整个湖库区域都受到影响才可能发现，这样不利于及时遏止湖库环境的恶化；并且当湖库环境受某方面因素变化引起突变时，可能要花费较长时间寻找诱发原因，而错过了最佳治理时间；另外，不进行湖库分区，也无法科学地根据湖库的各个区域的特点进行相应使用的规划，如适宜淡水养殖的区域，适宜进行湿地保护区域，适宜附近进行农业活动的区域等，无法有力掌握湖库的最佳运行状态。


技术实现要素：

5.本发明目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于环境要素的湖库稳定性分区方法。本发明通过进行湖库的水环境分区，能更好的监测库区的变化，尽量避免局部环境改变引发的整体湖库环境的恶化，提高湖库监测的效果。
6.本发明实施例提出一种基于环境要素的湖库稳定性分区方法，包括：
7.获取多个年份包含完整目标湖库的区域遥感影像，计算每个年份区域遥感影像的地表反射率，得到每个年份包含区域地表反射率的遥感影像；
8.根据所述每个年份包含区域地表反射率的遥感影像，提取每个年份区域内目标湖库水面，生成每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据；
9.根据所述每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据，通过自然间断法，得到目标湖库多年岸线复杂度指数的分类栅格影像；
10.根据所述每个年份包含区域地表反射率的遥感影像，通过自然间断法，得到目标
湖库多年水面平均温差的分类栅格影像；
11.对所述目标湖库多年岸线复杂度指数的分类栅格影像和所述目标湖库多年水面平均温差的分类栅格影像进行叠加，通过自然间断法得到所述目标湖库的稳定性分区结果。
12.在本发明的一个具体实施例中，所述多个年份之间间隔相等。
13.在本发明的一个具体实施例中，所述区域遥感影像在每个年份中的相同月份进行采集；若任一年份未采集到与其他年份相同月份的遥感影像，则该年份采用与所述月份相邻月份的遥感影像。
14.在本发明的一个具体实施例中，所述根据所述每个年份包含区域地表反射率的遥感影像，提取每个年份区域内目标湖库水面，生成每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据，包括：
15.1)对任一年份包含区域地表反射率的遥感影像，分别计算每个栅格的改进的归一化差异水体提取mndwi指数和自动水面提取aweish指数，得到该年份分别对应mndwi指数计算结果的栅格图像和对应aweish指数计算结果的栅格图像；
16.2)根据步骤1)得到的栅格图像，分别统计mndwi指数值和aweish值在对应栅格图像中的分布情况，得到每个指数分别对应的双峰分布图；将每张双峰分布图中双峰间的中值作为该年份对应指数的阈值；
17.3)根据该年份对应aweish指数计算结果的栅格图像，将该图像中每个栅格对应的aweish指数值与该年份aweish指数阈值进行比较：
18.若任一栅格对应的aweish指数值小于该年份aweish指数阈值，则判定该栅格为初始水面范围；否则，判定该栅格为非水面范围；
19.对该年份对应aweish指数计算结果的栅格图像的所有栅格判定完毕后，保留所有判定为初始水面范围的栅格；
20.4)根据该年份对应mndwi指数计算结果的栅格图像，获取步骤3)保留的所有栅格对应的mndwi指数值并判定：
21.若步骤3)保留的任一栅格对应的mndwi指数值小于该年份mndwi指数阈值，则判定该栅格为水面范围；否则，判定该栅格为非水面范围；
22.判定完毕后，该年份所有判定为水面范围的栅格组成该年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据；
23.5)重复步骤1)至4)，得到每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据。
24.在本发明的一个具体实施例中，所述根据所述每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据，通过自然间断法，得到目标湖库多年岸线复杂度指数的分类栅格影像，包括：
25.1)利用所述每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据，统计每个年份目标湖库的水面面积和周长；根据所述水面面积和周长，基于岸线复杂度指数公式，计算每个年份目标湖库的岸线复杂度指数；
26.2)根据每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据创建对应的空值栅格影像，对每张空值栅格影像中每个栅格赋予对应年份的岸线复杂度指数值，得到每个年份反映目标湖库岸线复杂度指数值的分布情况的栅格影像；
27.3)对所述每个年份反映目标湖库岸线复杂度指数值的分布情况的栅格影像按面
积从大到小排序后，将序列中第一张栅格影像中每个栅格对应的目标湖库岸线复杂度指数值作为当前值，然后从第一张栅格影像开始，依次用后一张栅格影像的目标湖库岸线复杂度指数值替代对应栅格处当前值，遍历序列中所有栅格影像后，得到反映目标湖库多年岸线复杂度分布情况的栅格影像；
28.其中，若后一张栅格影像存在栅格超出当前最大面积栅格影像覆盖的范围，则保留后一张栅格影像的该栅格并将该栅格的目标湖库岸线复杂度指数作为保留后栅格的当前目标湖库岸线复杂度指数值；
29.4)利用所述反映目标湖库多年岸线复杂度分布情况的栅格影像，通过自然间断法，按照设定的岸线复杂度指数分类数目对每个栅格的岸线复杂度指数值进行分类，分类完成后，将每个栅格对应岸线复杂度指数分类的类别值替代该栅格的岸线复杂度指数值，得到目标湖库多年岸线复杂度的分类栅格影像。
30.在本发明的一个具体实施例中，所述根据所述每个年份包含区域地表反射率的遥感影像，通过自然间断法，得到目标湖库多年水面平均温差的分类栅格影像，包括：
31.1)利用所述每个年份包含区域地表反射率的遥感影像，通过大气辐射传输法进行地表温度反演，得到每个年份区域地表温度值的栅格影像；
32.2)利用所述每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据对所述每个年份的区域地表温度值的栅格影像进行对应裁剪，得到每个年份目标湖库水面温度值的栅格影像；
33.3)将所述每个年份目标湖库水面温度值的栅格影像中每个栅格的水面温度值减去该年份所有栅格水面温度平均值得到每个栅格的水面温差值，建立每个年份水面温差值分布的栅格影像；
34.4)将所述每个年份水面温差值分布的栅格影像进行叠加，对相同位置的栅格计算该栅格所在各年份的水面温差值的平均值作为该栅格最终的水面温差值，得到反映目标湖库多年水面平均温差分布情况的栅格影像；
35.5)利用所述反映目标湖库多年水面平均温差分布情况的栅格影像，通过自然间断法，按照设定的水面温差值分类数目对每个栅格的水面温差值进行分类，分类完成后，将每个栅格对应水面温差值分类的类别值替代该栅格的水面温差值，得到目标湖库多年水面平均温差的分类栅格影像。
36.在本发明的一个具体实施例中，所述对所述目标湖库多年岸线复杂度指数的分类栅格影像和所述目标湖库多年水面平均温差的分类栅格影像进行叠加，通过自然间断法得到所述目标湖库的稳定性分区结果，包括：
37.将所述目标湖库多年岸线复杂度的分类栅格影像和所述目标湖库多年水面平均温差的分类栅格影像进行叠加，将每个栅格对应岸线复杂度指数分类的类别值和对应水面温差值分类的类别值求和得到每个栅格的总类别值；通过自然间断法，按照设定的目标湖库稳定性程度的分类数目对每个栅格的总类别值进行分类，分类完成后，将每个栅格对应稳定性程度分类的类别值替代该栅格的总类别值，得到目标湖库多年稳定性的分类栅格影像即为所述目标湖库的稳定性分区结果。
38.在本发明的一个具体实施例中，所述目标湖库稳定性程度的分类数目为所述岸线复杂度指数分类数目和所述水面温差值分类数目中的较大值。
39.本发明的特点及有益效果在于：
40.(1)本发明利用了连续遥感影像，将遥感技术与地理信息技术相结合，创新性的将岸线复杂度与水面温度相结合，革新了现有的湖库监测的方法。
41.(2)本发明采取了连续的遥感影像，较之前的对湖库的大范围尺度研究的方法相比，这种方法细化到了湖库自身区域。其中历史遥感影像存储了大量的信息，便于探究湖库的历史变化，通过多年变化的对比，可发现湖库变化规律，从而为湖库的稳定性分区提供了有力的数据支持。充分利用遥感影像，减少人工成本，同时，克服人力难以测量区域的限制，从而实现湖库区全面分析以及合理规划与检测。
42.(3)本发明将岸线复杂程度从单纯线上的分析，结合水面范围转化到面上，突破了原有岸线研究空间上的局限性。
43.(4)本发明采取了客观的卫星数据和自然间断法分类，得出的结果不受科技人员的主观影响，客观准确。
44.(5)本发明采用的是遥感影像，将有效地减少湖库检测的成本和人力资源。
附图说明
45.图1为本发明实施例中一种基于环境要素的湖库稳定性分区方法的整体流程图。
46.图2为本发明一个具体实施例中一种基于环境要素的湖库稳定性分区方法的原理示意图。
47.图3为本发明一个具体实施例中一种基于环境要素的湖库稳定性分区方法的效果示意图。
具体实施方式
48.本发明提出一种基于环境要素的湖库稳定性分区方法，下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。
49.本发明提出一种基于环境要素的湖库稳定性分区方法，整体流程如图1所示，包括以下步骤：
50.1)获取多个年份包含完整目标湖库的区域遥感影像，计算每个年份区域遥感影像的地表反射率，得到每个年份包含区域地表反射率的遥感影像。其中，相邻年份之间间隔相同。
51.本实施例中，从地理空间数据云官方网站或usgs官方网站获取多年相同或相近月份的待研究区域的遥感影像(如landsat系列影像)其中，该区域内包含至少一个完整的湖库，每个年份获取一张遥感影像，年份的取值范围3年以上，使用年份越多则获得的结果越详细。由于多光谱数据受拍摄时天气影响较大，如果无法获得相同月份可用的遥感影像，可选择目标月份前后2个月内的遥感影像，使得尽可能接近目标月份。目标月份多选取一年中气温较稳定且多晴朗天气的月份。如果同一年份的区域不在同一张影像上，则需要将该年份同时期多张遥感影像拼接成一块包含完整区域的影像。
52.需要说明的是，本发明中的湖库包括：湖泊和水库的主体部分，区域内可能包括不止一个湖库，本方法将每个湖泊或水库作为独立对象处理，区域内任一湖泊或水库均可作为目标湖库。
53.根据获取的多年的区域遥感影像，计算每个年份区域遥感影像中区域地表反射
率，得到每个年份的包含该区域地表反射率的遥感影像。
54.本发明实施例中，将获取的每个年份的区域遥感影像在envi软件中进行预处理，通过toolbox中的radiometric calibration(辐射定标)、flaash atmospheric correction(flaash大气校正)工具进行，得到每个年份包含区域地表反射率的遥感影像。
55.2)利用步骤1)得到的每个年份包含区域地表反射率的遥感影像，提取每个年份区域内目标湖库水面，生成每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据(影像)；
56.本实施例中，具体步骤如下：
57.2.1)在envi软件中，对任一年份包含区域地表反射率的遥感影像，分别计算每个栅格的mndwi(改进的归一化差异水体提取指数)指数和aweish(自动水面提取指数)指数，得到该年份分别对应mndwi指数计算结果的栅格图像和对应aweish指数计算结果的栅格图像得到该年份分别对应mndwi指数计算结果的栅格图像和对应aweish指数计算结果的栅格图像。
58.2.2)利用步骤2.1)得到的该年份对应该两个指数计算结果的栅格图像，通过栅格统计工具，分别统计两个指数所计算出的栅格值在对应栅格图像中的分布情况，可得到每个指数分别对应的双峰分布图。分别取每张双峰分布图的双峰间的中值分别为该年份对应指数的阈值(mndwi阈值为0～0.3，aweish阈值为0)。
59.2.3)根据该年份对应aweish指数计算结果的栅格图像，将该图像中每个栅格对应的aweish指数值与该年份aweish指数阈值进行比较：
60.若任一栅格对应的aweish指数值小于该年份aweish指数阈值，则判定该栅格为初始水面范围；否则，判定该栅格为非水面范围；
61.对该年份对应aweish指数计算结果的栅格图像的所有栅格判定完毕后，保留所有判定为初始水面范围的栅格；
62.2.4)根据该年份对应mndwi指数计算结果的栅格图像，，获取步骤2.3)保留的所有栅格对应的mndwi指数值并判定：
63.若步骤2.3)保留的任一栅格对应的mndwi指数值小于该年份mndwi指数阈值，则判定该栅格为水面范围；否则，判定该栅格为非水面范围；
64.判定完毕后，该年份所有判定为水面范围的栅格组成该年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据。
65.2.5)重复步骤2.1)至2.4)，得到每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据(影像)。
66.3)利用步骤2)得到的每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据，通过自然间断法，得到目标湖库多年岸线复杂度指数的分类栅格影像；具体步骤如下：
67.3.1)利用步骤2)得到的每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据，统计出每个年份目标湖库的水面面积和周长。根据水电面面积和周长，基于岸线复杂度指数公式，分别计算每个年份目标湖库的岸线复杂度指数；
68.3.2)根据每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据创建对应的空值栅格影像(该空值栅格影像的大小等于对应年份湖库水面范围矢量数据的影像大小)并对每张空值栅格影像中每个栅格赋予对应年份的岸线复杂度指数值，得到每个年份反映目标湖库岸线复杂度指数值的分布情况的栅格影像；其中，对同一年份的空值栅格影像赋值后，每个栅
格的岸线复杂度指数均相同。
69.本实施例中，利用arcgis软件对每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据进行处理，输入每个年份区域内目标湖库的水面矢量数据，以输入的所有年份中最大水面面积为基础建立相应分辨率的渔网，按每年水面范围选取网格，分别输出每个年份对应目标湖库水面大小的空值栅格影像，之后将每个年份水面岸线复杂度指数值对该年的空值栅格影像进行赋值，得到每个年份反映目标湖库岸线复杂度指数值的分布情况的栅格影像。
70.图2为本发明一个具体实施例中一种基于环境要素的湖库稳定性分区方法的原理示意图。图2中每个图层中的格子代表栅格图像的像元，阴影部分的格子组成该图层中目标湖库的水面范围。图2(a)为3个年份的栅格图层，通过ndwi和aweish指数的结合可提取出每个年份的阴影部分(即水面部分)，得到阴影部分的周长和面积，基于周长和面积，通过岸线复杂度指数可计算出图层1的岸线复杂度指数为1.3，图层2岸线复杂度指数为2.7，图层3岸线复杂度指数为4.0，并将每个年份的岸线复杂度指数值赋予对应年份表示水面范围的栅格，得到反映各年份的岸线复杂度分布情况的栅格影像。需要说明的是，本实施例中对图2(a)所示3个年份的图层提取的反映各年份的岸线复杂度分布情况的栅格影像将只保留了图2(a)中的阴影部分。本实施例为说明三个年份水面范围的关系，故在水面范围较小年份提取出的水面范围影像之外补充了额外的空白格子。
71.3.3)对步骤3.2)得到的每个年份反映目标湖库岸线复杂度指数值的分布情况的栅格影像按面积从大到小排序后，将序列中第一张栅格影像中每个栅格对应的目标湖库岸线复杂度指数值作为当前值，然后从第一张栅格影像开始，依次用后一张栅格影像的目标湖库岸线复杂度指数值替代对应栅格处当前值，遍历序列中所有栅格影像后，得到反映目标湖库多年岸线复杂度分布情况的栅格影像；其中，若后一张栅格影像存在栅格超出了当前最大面积栅格影像覆盖的范围，则保留后一张栅格影像的该栅格并将该栅格的目标湖库岸线复杂度指数作为保留后栅格的当前目标湖库岸线复杂度指数。
72.本实施例中，利用arcgis软件中update(更新)工具，输入每个年份反映目标湖库岸线复杂度指数值的分布情况的栅格影像，按目标湖库水面从大到小进行排序后，将序列中第一张栅格影像中每个栅格对应的目标湖库岸线复杂度指数值作为当前值，然后从第一张栅格影像开始，依次用后一张栅格影像的目标湖库岸线复杂度指数值替代对应栅格处的当前目标湖库岸线复杂度指数值，直至所有栅格影像遍历完毕后，输出反映目标湖库多年岸线复杂度分布情况的一张栅格影像，该栅格影像中目标湖库的水面范围为目标湖库在输入的所有年份中叠加后的水面最大范围。
73.本发明一个具体实施例中，对图2(a)的三张栅格影像提取水面范围后按面积从大到小排序后得到如图2(b)所示的排列结果，图2(b)中代表水面范围的栅格值为对应年份的岸线复杂度指数值；再依次用较小水面范围年份的岸线复杂度指数值更新较大水面范围年份对应的岸线复杂度指数值，得到反映目标湖库多年岸线复杂度分布情况的栅格影像如图2(c)所示。
74.3.4)利用步骤3.3)得到的栅格影像，通过自然间断法对每个栅格的岸线复杂度指数值进行分类，得到目标湖库多年岸线复杂度的分类栅格影像；
75.本实施例中，用arcgis软件对步骤3.3)得到的栅格影像进行处理，输入反映目标湖库多年岸线复杂度分布情况的栅格影像，以自然间断法对该栅格影像中的所有栅格的岸
线复杂度指数进行重分类，将岸线复杂度分为多类并赋予相应的类别值，类别值越大代表复杂度越高，其中本发明一个具体实施例中，通过arcgis软件中reclassify(重分类)工具设置岸线复杂度分类数为5(分类数可根据分类需求进行设置，分类数越多，则分类越精细；一般建议3-5类)，设置每个分类的对应的类别值分别为1，2，3，4，5。分类完毕后，每个栅格以所属类别值代替对应岸线指数值，其中该栅格岸线复杂度指数值越大，则分类后类别值越大，表示其对应范围的岸线复杂度越大，湖库生境环境越丰富；每个栅格类别值赋值完毕后，输出目标湖库多年岸线复杂度的分类栅格影像。
76.需要说明的是，本实施例中稳定性划分的手段之一是通过自然间断法将步骤3.3)的栅格影像中岸线复杂度指数值接近岸线复杂度指数均值区且在符合条件的岸线复杂度指数值下的栅格总数相近的所有栅格划为一类，即作为岸线复杂度指数分布的一般稳定区域，通常将该类别作为中间类别，(本实施例中设为第3类，对应岸线复杂度类别值为3)；然后将小于该一般稳定区域岸线复杂度指数取值范围的岸线复杂度指数值范围分段为两个区间，使得每个区间内的不同岸线复杂度指数值所占栅格个数差异最小：本实施例中将该两个区间中岸线复杂度指数较小的一类设为第1类即稳定区域(岸线复杂度类别值设置为1)，较大的一类设为第2类即较为稳定区域(岸线复杂度类别值设置为2)；将大于该一般稳定区域岸线复杂度指数取值范围的岸线复杂度指数值范围分段为两个区间，同样使得每个区间内的不同岸线复杂度指数值所占栅格个数差异最小：本实施例中将该两个区间中岸线复杂度指数较小的一类设为第4类即较不稳定区(岸线复杂度类别值设置为4)，较大的一类设为第5类即不稳定区域(岸线复杂度类别值设置为5)。
77.本发明的另一个具体实施例中，用自然间断法对岸线复杂度指数进行分类(此处分三类)，得到多个年份的岸线复杂度分类的分布情况如图2(d)所示，其中第1,2,3类的类别值分别设定为1,2,3，图2(d)中每个栅格值即为该栅格对应的岸线复杂度类别值。
78.4)利用步骤1)得到的每个年份包含区域地表反射率的遥感影像，通过大气辐射传输法和自然间断法得到目标湖库多年水面平均温差的分类栅格影像；具体步骤如下：
79.4.1)利用步骤1)的每个年份包含区域地表反射率的遥感影像，通过大气辐射传输法进行地表温度反演，得到每个年份区域地表温度值的栅格影像；
80.4.2)利用步骤2)得到的每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据对步骤4.1)得到的每个年份的区域地表温度值的栅格影像进行对应裁剪，得到每个年份目标湖库水面温度值的栅格影像；
81.本发明一个具体实施例中，基于如图2(a)所示的栅格图像，可反演每个年份的水面温度，得到每个年份区域地表温度值的栅格影像，再利用每个年份区域内目标湖库的水面范围矢量数据对步骤4.1)得到的每个年份的区域地表温度值的栅格影像进行对应裁剪，得到每个年份目标湖库水面温度值的栅格影像如图2(e)所示，其中图2(e)中阴影部分的各个栅格值为仅为该年份水面温度的示例值。
82.4.3)将步骤4.2)得到的每个年份目标湖库水面温度值的栅格影像中每个栅格的水面温度值减去该年份所有栅格水面温度平均值得到每个栅格的水面温差值，建立每个年份水面温差值分布的栅格影像；
83.本实施例中，用arcgis软件对应每个年份目标湖库水面温度值的栅格影像进行处理，输入每个年份目标湖库水面温度值的栅格影像，将每个年份栅格影像中每个栅格的水
面温度值减去该年份所有栅格水面温度平均值，输出每个年份水面温差值分布的栅格影像。
84.4.4)将步骤4.3)得到的每个年份水面温差值分布的栅格影像进行叠加，对相同位置的栅格计算该栅格所在各年份的水面温差值的平均值作为该栅格最终的水面温差值(其中，如果任一栅格只存在于部分年份的水面温差值分布的栅格影像中，则只对该栅格计算该部分年份的平均值；如果任一栅格只存在于某一个年份的水面温差值分布的栅格影像中，则该栅格无需计算平均值)，得到反映目标湖库多年水面平均温差分布情况的一张栅格影像；
85.本发明一个具体实施例中，对3个年份水面温差值分布的栅格影像进行叠加，其中对相同位置的栅格取多年的均值，得到反映目标湖库多年水面平均温差分布情况的栅格影像如图2(f)所示。此影像覆盖范围为所有年份水面叠加的最大水面。其中，由于在每个年份水面温差值分布的栅格影像中，存在部分栅格对应的水面温差值为负数，最终得到的反映目标湖库多年水面平均温差分布情况的栅格影像中，也存在部分栅格对应的水面温差为负数。以图2(f)中左上角栅格为例，该栅格在对应年份的水面温度值为1，该年份水面温度平均值为5，则该栅格初始的水面温差值为-4，由于该栅格对应位置在其他年份为非水面范围，因此所有年份水面温差值分布的栅格影像进行叠加后，该栅格的最终水面温差值依然为-4。再以图2(f)中中心栅格为例，该栅格在对应年份的水面温度值分别为5、2、5，对应年份的水面温度平均值为5、2、5，则该栅格在三个年份的初始的水面温差值均为0，因此所有年份水面温差值分布的栅格影像进行叠加后，该栅格的最终水面温差值依然为0。
86.4.5)利用步骤4.4)得到的栅格影像，通过自然间断法对每个栅格的水面温差值进行分类，得到目标湖库多年水面平均温差的分类栅格影像；
87.本发明一个具体实施例中，用arcgis软件对步骤4.4)得到的栅格影像进行处理，输入反映目标湖库多年水面平均温差变化分布情况的栅格影像，通过使用arcgis软件中reclassify(重分类)工具，以自然间断法对该栅格影像中的所有栅格的水面温差值进行重分类，将水面温差值分为多类并赋予相应的类别值，类别值越大代表水面温差越大，其中本发明一个具体实施例中设置水面温差值分类数为3，设置三类别的类别值分别为1，3，5。分类完毕后，每个栅格以所属类别值代替对应水面温差值，其中该栅格水面温差值越大，则分类后类别值越大，表示其对应范围的水面多年平均温差越大，越不稳定。每个栅格类别值赋值完毕后，输出目标湖库多年水面平均温差的分类栅格影像。
88.需要说明的是，本实施例中稳定性划分的手段之二是通过自然间断法将步骤4.4)的栅格影像中水面温差值接近水面温差均值且在符合条件的水面温差值下的栅格总数相近的所有栅格分为一类，即作为多年温差一般稳定区，通常将该类别作为中间类别，(本实施例中设为第2类，对应类别值为3)；然后将水面温差值小于该一般稳定区温差值范围的所有栅格作为第1类即稳定区域(类别值设置为1)；相反将水面温差值大于该一般稳定区温差值范围的所有栅格作为第3类即即不稳定区域(类别值设置为5)，该区域常年温差高于平均值，为水面温差变化较大的区域。
89.在本发明的另一个具体实施例中，基于自然间断法将水面温差值分为3类，得到水面平均温差的分布如图2(g)所示，因为该实施例中各栅格温差均值为0，且各个值只占一个栅格，所以将温差值靠近或等于均值的－1，0，1被分为一类设为第2类，其水面温差类别值
为2；温差值小于－1的三个值设为第1类，其水面温差类别值为1；剩下的温差值大于1的三个值设为第3类，其水面温差类别值为3。图2(g)中每个栅格值即为该栅格对应的水面温差类别值。
90.5)将步骤3)得到的目标湖库多年岸线复杂度的分类栅格影像和步骤4)得到的目标湖库多年水面平均温差的分类栅格影像进行对应栅格类别值求和以得到每个栅格的总类别值，基于总类别值通过自然间断法对所有栅格进行重分类，得基于岸线变化和温差变化得到目标湖库的稳定性分区结果。
91.本实施例中，用arcgis软件进行处理，输入目标湖库多年岸线复杂度的分类栅格影像和目标湖库多年水面平均温差的分类栅格影像，对两张栅格影像进行叠加分析，即对应栅格的类别值求和得到每个栅格的总类别值，再通过自然间断法对所有栅格的总类别值进行分类，输出目标湖库多年稳定性的分类栅格影像。
92.本发明一个具体实施例中，通过使用arcgis软件中reclassify(重分类)工具，设置稳定性程度分类数为5(需要说明的是，在利用总类别值进行稳定性程度分类时，该稳定性程度分类数需要与步骤3)和步骤4)中设定的分类数中的较大值一致)，稳定性程度分类别分别用整数1-5进行替代，设置每个分类的对应的类别值分别为1，2，3，4，5。分类完毕后，每个栅格以所属类别值代替对应总类别值，输出目标湖库多年稳定性的分类栅格影像即为该目标湖库的稳定性分区结果。
93.需要说明的是，步骤5)对应的稳定性程度划分是源于叠加水面温差值的分类结果和岸线复杂度的分类结果，分类值叠加后进行判定区域的总体稳定性，同样以自然间断法，以总类别值接近总类别值均值且在符合条件的总类别值下的栅格总数数相近的所有栅格划为一类，即作为最终一般稳定区域，通常将该类别作为中间类别，(本实施例中设为第3类)；然后将小于该一般稳定区域岸线复杂度指数取值范围的岸线复杂度指数值范围分段为两个区间，使得每个区间内的不同岸线复杂度指数值所占栅格个数差异最小：本实施例中将该两个区间中岸线复杂度指数较小的一类设为第1类即稳定区域(类别值设置为1)，较大的一类设为第2类即较为稳定区域(类别值设置为2)；将大于该一般稳定区域岸线复杂度指数取值范围的岸线复杂度指数值范围分段为两个区间，同样使得每个区间内的不同岸线复杂度指数值所占栅格个数差异最小：本实施例中将该两个区间中岸线复杂度指数较小的一类设为第4类即较不稳定区(类别值设置为4)，较大的一类设为第5类即不稳定区域(类别值设置为5)。五种分类，每一种分类代表该叠加区域波动的程度，即在受到同种来水情况下，可以表征湖库不同区域生境的稳定性，1类是环境变化最小的区域，5即是环境变化最大的区域。
94.在本发明的另一个具体实施例中，对图2(d)和图2(g)进行叠加分析后，所得总类别值有2、3、4、5、6，分别占栅格个数为1、3、2、2、1。本实施例通过自然间断法将稳定性程度分为3类，由于总类别值的均值为3.9，接近4，且总类别值为4的栅格个数为2，与4接近的总类别值5所占栅格数也为2，所以总类别值4和5被分为一类设为第2类，其稳定性程度类别值为2；总类别值小于4的值为设为第1类，其稳定性程度类别值为1；总类别值大于5的值设为第3类，其稳定性程度类别值为3。图2(h)中每个栅格值即为该栅格对应的稳定性程度类别值。
95.由步骤5)得到的研究区各个区域的多年水面平均温差分布变化和岸线复杂度分
布情况的综合分类，分类值越大代表各要素变化越大大，可直观的展现出研究区内不同区域变化的分布特点，并直观显现出研究区的稳定情况。由于岸线变化与水面范围相结合，可以准确地判断岸线变化较大的区域，叠加温差变化，能更好的显示各个区域的稳定情况，也可以判断湖库最佳运行时的水面范围和区域。
96.本公开一个具体实施例中，选取官厅水库作为待研究区域，官厅水库的库区主体部分跨越河北省张家口市怀来县和北京市延庆区，水面覆盖范围近21年未超过100km2。从地理空间数据云官方网站或usgs官方网站获取近21年集中在5月为主的遥感数据(landsat5和landsat 8系列影像)，每个年份的待研究区域均在同一张影像上。该实施例采用本发明提出的一种基于环境要素的湖库稳定性分区方法的效果如图3所示。
97.图3(a)中为本发明实施例中得到的包含官厅水库的地表反射率影像，共得到从2000年至2020年的图像，总共21张。
98.图3(b)中即为本发明实施例中得到的反映官厅水库多年岸线复杂度的分布情况的栅格影像，该栅格影像范围为21年中官厅水库的最大水面范围。图中，颜色由浅到深说明水库岸线复杂度指数(rsdi)由大到小，颜色最深代表岸线复杂度指数最小，为6.11；颜色最浅代表岸线复杂度指数最大，为10.98。
99.图3(c)中为本发明实施例中得到的反映官厅水库的多年水面平均温差分布情况的栅格影像，每个栅格的温差值代表对应范围的多年水面温差的均值。图中，颜色由浅到深说明温差由小到大，颜色最深代表温差值最大，为12.51℃；颜色最浅代表温差值最小，为-3.8℃。
100.图3(d)中即为本发明实施例中得到的官厅水库多年稳定性分类栅格影像，该影像中将官厅水库的稳定性分为了5类，由深至浅分别代表不稳定区域至稳定区域，该栅格影像反映了官厅水库的稳定性分区结果，其范围为21年中官厅水库的最大水面范围。