地表水体长度和面积遥感监测技术规范DB11／T 2272-2024.pdf

ICS 07.060 CCS A 77 DB 11 北京市地方标准 DB11/T 2272 2024 地表水体长度和面积遥感监测技术规范 Technical specifications for remote sensing monitoring of the length and area of surface water 2024-06-28发布 2024-10-01实施 北京市市场监督管理局 发布 DB11/T 2272 2024 I 目次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 技术流程.2 5 数据收集与处理.2 6 水体提取.3 7 统计分析.5 附录 A（资料性）参考指数.7 附录 B（资料性）统计表格式.8 参考文献.11 DB11/T 2272 2024 II 前言 本文件按照 GB/T 1.1 2020标准化工作导则 第 1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由北京市水务局提出并归口。本文件由北京市水务局组织实施。本文件起草单位：北京市水文总站（北京市水务局水质水生态监测中心）、航 天宏图信息 技术 股份有限公司。本文件 主要 起草 人：黄振芳、刘一宏、刘波、徐斌、杨蓉、王东霞、王恒、樊 航、孙春媛、郭伟、陶亮、张强、徐冉、王飞、唐女、张淑珍、吕喆、杜婷婷、刘阳春、尹晓楠、焦振寰、郭春燕、郭思捷。DB11/T 2272 2024 1 地表水体长度和面积遥感监测技术规范 1 范围 本文件规定 了采 用 卫星影像开展地 表水体 长度 和 面积遥感 监测 时，在 数据收集与处理、水体提取、水体 面积 和 有 水 河长 计 算等方面 的技术 要求。本文件 适 用 于宽度大于 4m、面积大于 100m2的 地 表水体 长度 和 面积卫星遥感 监测与数据分析。针对小于该 范围的水体 可采 用 无人机 数据参考 使 用本标准的工作流程 开展 监测与分析工作。2 规范性引用文件 下列 文件中的 内 容通过 文中的规范性引用 而 构 成 本文件 必不 可 少 的 条款。其 中，注日期 的引用文件，仅 该 日期 对 应 的 版 本 适 用 于 本文件；不注日期 的引用文件，其最新版 本（包括所 有 的 修改 单）适 用 于 本文件。GB/T 8170 数 值修约 规则与 极 限 数 值 的表 示 和 判 定 GB/T 14950 摄 影 测 量 与 遥感 术语 GB/T 50095 水文 基 本术语和 符号 标准 3 术语和定义 GB/T 14950和 GB/T 50095界 定的 以及 下列 术语和定义 适 用 于 本文件。地表水体 surface water 河 流、湖泊、水 库、渠道、坑塘 等天 然或 人 工水体。单次有水河长 the length of river water in one time monitoring 单 次 监测中 某 河 流、渠道 有 水 河 段 的中 泓线 长度。时段有水河长 the length of river water during this period 河 流、渠道 在时 段 内 各月 单 次 有 水 河长 的 算 术 平均值。单次水体面积 surface area of water in one time monitoring 单 次 监测中 某 河 流、湖泊、水 库、渠道、坑塘 的水体 面积。单次有水河流 river with water in one time monitoring 单 次 有 水 河长 占比不低 于 总 河长 50%的 河 流（或渠道）。时段有水河流 river with water during this period 时 段 有 水 河长 占比不低 于 总 河长 50%的 河 流（或渠道）。DB11/T 2272 2024 2 4 技术流程 主要 包括 数据收集与处理、水体提取和统计分析，详细 流程 如 图 1所示。影像 处理（辐射校正、正射纠正、影像 配 准和 影像 融合）单 景 影像 水体 面 状 数据提取 多景 影像 水体 面 状 数据 拼接 卫星影像、控制基 准、数 字高 程 模型 等 中 泓线、行政 区界、流 域边 界 数据 全 市水体 面 状 数据 精 度 90%行政区、流 域 水体 面 状 和 线 状 数据提取 面积、长度 计 算 行政区、流 域 单 次 水体 面积 和 有 水 河长 统计 行政区、流 域 单 次 水体 面积 和 有 水 河长 百 分 率 是 水 体 提 取 统计分析 阈值优 化 否 数 据 收 集 与 处 理 统 计 分 析 图 1 技术流程图 5 数据收集与处理 卫星影像 5.1.1 应选 取 满足 单 次 监测 时 间 要求 的 卫星影像 数据。5.1.2 空间 分 辨 率应不低 于 2m且 单 次 监测 宜 采 用 同源 数据。5.1.3 影像 应 具 有 蓝光（400nm 480nm）、绿光（500nm 560nm）、红光（630nm 690nm）和 近红外（760nm 900nm）波 段。DB11/T 2272 2024 3 5.1.4 影像 数据 应 100%覆盖 监测水体，且 水体表 面无 云遮挡。辅助数据 5.2.1 应 采 用 空间 分 辨 率不低 于 2m的 控制基 准 影像。5.2.2 应 采 用 空间 分 辨 率不低 于 30m的数 字高 程 模型。5.2.3 应 采 用 正 式 发布 的 现 行版行政区界 数据、流 域边界 数据、中 泓线 数据。影像处理 5.3.1 数学基础 5.3.1.1 坐 标 系 采 用 2000国家 大地 坐 标 系。5.3.1.2 高 程 基 准 采 用 1985国家 高 程 基 准。5.3.2 数据处理 对卫星影像 进 行辐射校正、正射纠正、影像 配 准和 影像 融合 等 处理，生 成正射融合 影像 产品。5.3.3 影像产品要求 5.3.3.1 平 原 地 区平 面 位 置 中 误差 应 小于 2个 像 元，山 区平 面 位 置 中 误差 应 小于 4个 像 元。5.3.3.2 色彩自 然，层 次 丰富，无 明显反差。5.3.3.3 纹 理 清晰，无 发虚 或 重 影 现象。5.3.3.4 影像 产品 应 为 IMG或 Tiff格式。6 水体提取 单景影像水体面状数据提取 6.1.1 一般原则 湖泊、水 库 和 坑塘 宜 采 用单 一方 法 提取水体；河 流和 渠道 宜 采 用 多 种 方 法综 合 提取水体，要求 精 度 不低 于 90%。若 不 满足 精 度要求，应 辅助 采 用 人 工 修正 的 方 法。6.1.2 湖泊、水库和坑塘水体提取 宜 选 取水体指数 法，可采 用归 一 化 差 值 水体指数 法（NDWI），具 体 方 法见 附录 A。6.1.3 河流和渠道水体提取 6.1.3.1 宜 基 于 中 泓线 数据生 成 宽度 2km的 缓冲 区 范围 裁剪 影像，并 逐步剔除植被、建筑物、阴 影等其 他 地 物 的 干扰。6.1.3.2 宜综 合选 取归 一 化 植被 指数（NDVI）、NDWI和 阴 影 水体指数（SWI）提取水体，具 体 方 法见 附 录 A。6.1.4 人 工修正 采 用 人 工 判 读 的 方 法，运 用 GIS软 件 对 提取出的 地 表水体数据 进 行 直 接判 读、综 合 分析、逻辑推 理 等，修正 完善 提取 成 果，主要 包括：DB11/T 2272 2024 4 a)修正 水体 边界；b)暗涵 段 下 游 有 水 时 应 视为暗涵 段 有 水；c)水体 季节 性结 冰 时 应 视为 有 水。多 景影像水体面状数据 拼接 6.2.1 一般原则 应 尽 量 减 少拼接次 数，宜 优 先 选 取 覆盖 水体范围 最 大 的 影像 提取水体；河 流和 渠道应优 先 选 取 较 高 分 辨 率 影像 提取 成 果。6.2.2 数据 拼接 基 于 水体的 空间 位 置 和 属 性 信息，运 用 GIS软 件 对 多景 影像 提取的水体 面 状 矢 量 数据 进 行拼接。对于 重 叠 区域，应优 先 选 取 较 高 分 辨 率 影像 成 果 并 辅助 人 工 修正 的 方 法 修正边界。行政区、流 域 水体面状和 线 状数据提取 6.3.1 有水河段 线 状数据提取 根 据 面 状 数据与中 泓线 数据的 空间 位 置 关 系，通过 叠加 空间 分析，将 中 泓线 切割 为 有 水 河 段，提取 有 水 河 段线状 数据。6.3.2 行政区、流 域 水体面状和 线 状数据提取 根 据 行政区界、流 域边界 数据的 空间 位 置 和 属 性 信息，切割 水体 面 状 和 有 水 河 段线状 数据，提取 不同 行政区、流 域 的 面 状 和 线状 数据 成 果。精 度 评价 6.4.1 评价指 标 6.4.1.1 以 总体 精 度 反 映 水体提取的准 确 性，总体 精 度 应不低 于 90%。6.4.1.2 建 立混淆矩阵，行 代 表 核 实的 地 物 类别，列 代 表提取结 果 中的 地 物 类别，对 角 线 上 的数据 为 分 类 正 确 的 点 位 个 数，混淆矩阵 见 表 1。表 1 混淆矩阵 提取数据 参考数据 水体 非 水体 水体 非 水体 6.4.1.3 总体 精 度 按 公 式（1）计 算。=100%(1)式中：OA总体 精 度，以百 分 率（%）表 示；水体提取 正 确 的 检验点 个 数；非 水体提取 正 确 的 检验点 个 数；N总 检验点 的 个 数。DB11/T 2272 2024 5 6.4.2 评价 方 法 6.4.2.1 采 用 同 一 监测 时 间 段 内 更 高 分 辨 率 影像 提取结 果 或 实 地 调查检验点 位作 为 评价 参考数据。6.4.2.2 评价 参考数据 获 取 时 间 与单 次 监测 时 间 相 差 应不 超 过 5天。6.4.2.3 检验点 应 在面 状 水体 边界线 两侧 各 4m的 缓冲 区 范围 内 选 取。6.4.2.4 采 用 更 高 分 辨 率 影像 验证 时 每 个 行政区应选 取 不少 于 100个 检验点。6.4.2.5 采 用实 地 调查 方 法 验证 时 每 个 行政区应选 取 不少 于 15个 检验点。面积、长度计 算 应 用 GIS软 件 对 符合精 度要求 的水体 面 状 数据计 算 单 次 水体 面积，对 线状 数据计 算 单 次 有 水 河长。成果 要求 6.6.1 坐 标 系 应 采 用 2000国家 大地 坐 标 系。6.6.2 成 果 应包括 空间 分 布 数据 产品、专题 图 产品 和统计表 等，具 体 要求 应符合 表 2的规定。表 2 成果具 体 指 标要求 成 果 内 容 指标 要求 数据格式 空间 分 布 数据 产品 水体 面 状、线状 空间 分 布 矢 量 数据，应包括 水体 基 本 信息，空间 位 置 信息等 shapefile 专题 图 产品 水体 面 状、线状 遥感 监测 专题 图，应 至 少包括 水体 空间 分 布 矢量 图 层，行政区界 图 层，比 例尺 不 小于 1：50000 jpg 统计表 单 次 监测水体 面积 和 长度 统计表，具 体参照附录 B xls 7 统计分析 行政区、流 域 单次水体面积和有水河长统计 7.1.1 按照 公 式（2）计 算 行政区、流 域 单 次 水体 面积。=(2)式中：S w 行政区、流 域 单 次 水体 面积 总和，单位 为 平 方 千米（km2）；a 行政区、流 域 水体 序 号；b 行政区、流 域 水体总数；S wa 行政区、流 域 第 a个 单 次 水体 面积，单位 为 平 方 千米（km2）。7.1.2 按照 公 式（3）计 算 行政区、流 域 单 次 有 水 河长。=(3)式中：L w 行政区、流 域 单 次 有 水 河长 总和，单位 为 千米（km）；i 行政区、流 域 有 水 河 流 或渠道 序 号；n 行政区、流 域 有 水 河 流 或渠道 总数；L wi 行政区、流 域 第 i个 河 流 或渠道 单 次 有 水 河长，单位 为 千米（km）。行政区、流 域 单次水体面积和有水河长 百 分 率 DB11/T 2272 2024 6 7.2.1 按照 公 式（4）计 算 单 次 水体 面积 总和 占行政区 面积 比 例。=100%(4)式中：P S 行政区 单 次 水体 面积 总和 占行政区 面积 比 例，以百 分 率（%）表 示；S w 行政区 单 次 水体 面积 总和，单位 为 平 方 千米（km2）；S z 行政区 面积，单位 为 平 方 千米（km2）。7.2.2 按照 公 式（5）计 算 单 次 有 水 河长 占 河 流 或渠道 总 长度 比 例。=100%(5)式中：P L 行政区、流 域 单 次 有 水 河长 总和 占 河 流 或渠道 总 长度 比 例，以百 分 率（%）表 示；L w 行政区、流 域 单 次 有 水 河长 总和，单位 为 千米（km）；L z 行政区、流 域 河 流 或渠道 总 长度（以 中 泓线 长度 为 准），单位 为 千米（km）。7.2.3 综合判 定 按照 以 下 规则 判 定 是 否 为 有 水 河 流（或渠道）。a)单 次 有 水 河 流：单 次 有 水 河长大于 总 河长 50%的 河 流（或渠道）。b)时 段 有 水 河 流：时 段 有 水 河长大于 总 河长 50%的 河 流（或渠道）。数据 精 度要求 7.3.1 面积 保留 4位 小 数，长度 保留 2位 小 数。7.3.2 数 值 的 修约应 按照 GB/T 8170 的 相关 规定 执 行。DB11/T 2272 2024 7 附录 A（资料 性）参考指 数 A.1 归 一 化差值 水体 指 数 归 一 化 差 值 水体指数按照 公 式（A.1）计 算。=(A.1)式中：NDWI归 一 化 差 值 水体指数；R green 绿光 波 段 反 射率；R nir 近红外 波 段 反 射率。设 置 经验 阈值 C1，当 NDWI C1时，判 定 为 水体。A.2 归 一 化植被指 数 归 一 化 植被 指数按照 公 式（A.2）计 算。=(A.2)式中：NDVI归 一 化 植被 指数；R red 红光 波 段 反 射率；R nir 近红外 波 段 反 射率。设 置 经验 阈值 C2，当 NDVI C2时，判 定 为植被。A.3 阴 影水体 指 数 阴 影 水体指数按照 公 式（A.3）计 算。=+(A.3)式中：SWI 阴 影 水体指数；R green 绿光 波 段 反 射率；R blue 蓝光 波 段 反 射率；R nir 近红外 波 段 反 射率。设 置 经验 阈值 C3，当 SWI C3时，判 定 为 水体。DB11/T 2272 2024 8 附录 B（资料 性）统计表 格式 B.1 单次监测水体面积统计 水体 面积可 按照表 B.1进 行 统计。表 B.1 单次监测水体面积统计表 监测 期：序 号 水体 名称（湖泊/水 库/河 流 名称）水 系 所 在 行政区 面积（km2）DB11/T 2272 2024 9 B.2 单次监测河流有水河长统计 单 次 监测 河 流 有 水 河长可 按照表 B.2进 行 统计 表 B.2 单次监测河流有水河长统计表 监测 期：序 号 河 流 名称 水 系 流 经 行政区及 有 水 河长 有 水 河长（km）无 水 河长（km）总 河长（km）是 否 单 次 有 水 河 流 行政区 有 水 河长（km）无 水 河长（km）总 河长（km）注：有 水 河长大于无 水 河长时,是 否 单 次 有 水 河 流 填“是”，反 之填“否”。B.3 行政区 单次有水河长统计 行政区 单 次 有 水 河长可 按照表 B.3进 行 统计。表 B.3 行政区 单次有水河长统计表 监测 期：序 号 行政区 河 流 名称 流 经 区 所 在 水 系 有 水 长度（km）无 水 长度（km）总计（km）DB11/T 2272 2024 10 B.4 流 域 单次有水河长统计 流 域 单 次 有 水 河长可 按照表 B.4进 行 统计。表 B.4 流 域 单次有水河长统计表 监测 期：序 号 流 域 水 系 有 水 长度（km）百 分 率（%）无 水 长度（km）百 分 率（%）总 河长（km）DB11/T 2272 2024 11 参考 文 献 1 GB/T 21010 2017 土 地 利 用 现 状 分 类 2 GB/T 33182 2016 国家 基 本 比 例尺 地图 1:5000 1:10000正射 影像地图 3 QX/T 540 2020 高 分 辨 率 对地 观 测 卫星 陆 地 水体 面积 变 化监测技术导则 4 TD/T 1010 2015 土 地 利 用 动 态 遥感 监测规程 5 DB 63/T 1680 2018 高 原 湖泊、水 库 水体 面积遥感 监测规范 6 河 湖 普查 成 果 M.中 国 水 利 水 电 出 版 社，2013 7 遥感 原 理与 应 用 M.武汉 大 学 出 版 社，2009