基于机载LiDAR与潮汐推算的海岸带自然岸线遥感提取方法研究_倪绍起
基于无人机MiniSAR和正射影像的海岸带开发利用信息提取对比研究
基于无人机MiniSAR和正射影像的海岸带开发利用信息提取对比研究王厚军;张莹;丁宁;胡楠;李明【摘要】近年来,海洋在沿海国家的战略地位空前提升,海洋遥感技术也被广泛应用.海洋遥感利用电磁波与大气和海洋的相互作用原理,从卫星平台观测和研究海洋海岸带的各种现象,从而获取海岸带信息,分析海岸带变化.文章基于GIS和遥感技术,利用无人机搭载微型合成孔径雷达(MiniSAR)获取高分辨率SAR影像并与无人机光学正射影像进行对比研究,获取了海岸带开发利用信息分布状况,分析了两种手段获取结果的差异性原因,为深入开展无人机遥感监测在海洋管理中的应用奠定了基础.利用无人机机动灵活的特点,宏观、快速、高效地获取海岸带信息,并实时监测海岸带动态变化,将为海洋综合管理、海洋经济发展、海洋环境保护提供基础数据和技术支撑.【期刊名称】《海洋开发与管理》【年(卷),期】2018(035)011【总页数】5页(P27-31)【关键词】无人机;MiniSAR影像;正射影像;海岸带开发利用;遥感监测【作者】王厚军;张莹;丁宁;胡楠;李明【作者单位】国家海洋技术中心天津 300112;天津航天中为数据系统科技有限公司天津 300301;国家海洋技术中心天津 300112;国家海洋技术中心天津 300112;天津航天中为数据系统科技有限公司天津 300301【正文语种】中文【中图分类】P7150 引言海岸带是海洋与陆地之间的地带,其生态环境和地质结构较为复杂和特殊,既受海洋洋流系统的影响又受陆地因素的影响,是自然和社会共同作用的结果,海岸带开发利用信息研究是及时掌握海岸带资源变化的重要手段。
随着沿海地区经济和各类建设工程的快速发展,海岸带开发利用信息发生了剧烈的变化。
因此需要快速、高效地获取海岸带信息,并实时监测海岸带动态变化,为海洋科学管理、海洋经济发展、海洋环境保护提供基础数据和技术支撑。
本研究利用地理信息系统和遥感技术,以无人机微型合成孔径雷达(Mini-SAR)影像及无人机光学正射影像为数据源,分析了海南省海花岛周边海域内海岸带开发利用信息分布状况和其变化原因。
遥感影像的海岸线自动提取方法研究进展
遥感影像的海岸线自动提取方法研究进展一、综述随着全球气候变化的加剧以及人类活动的不断拓展，海岸线作为陆地与海洋的交汇带，其动态变化受到了广泛关注。
准确、高效地提取海岸线信息对于海洋资源管理、环境监测、灾害预警以及沿海城市规划等领域具有重要意义。
遥感技术以其大面积、快速、同步观测的特点，在海岸线提取中发挥着越来越重要的作用。
随着遥感数据源的不断丰富和图像处理技术的快速发展，海岸线自动提取方法取得了显著进步。
海岸线自动提取方法主要依赖于遥感影像的处理和分析。
这些影像可以通过卫星光学遥感、微波遥感或激光雷达遥感等方式获取，包含丰富的地物信息和空间特征。
通过对这些影像进行预处理、特征提取和分类等操作，可以实现对海岸线的自动识别和提取。
在海岸线自动提取方法的发展历程中，学者们提出了多种算法和技术。
这些算法和技术大多基于图像处理的基本理论，结合地学知识和实际应用需求进行改进和优化。
阈值分割、边缘检测、区域生长等经典算法在海岸线提取中得到了广泛应用。
随着深度学习技术的兴起，神经网络分类等方法也逐渐被引入到海岸线提取中，并显示出良好的性能。
尽管海岸线自动提取方法取得了显著进展，但仍存在一些挑战和问题。
影像信息量不足、精度验证困难以及海岸线仅是过渡区的平均线等问题仍待解决。
不同地区的海岸线具有不同的特征和变化规律，因此需要针对具体情况选择合适的算法和技术进行提取。
遥感影像的海岸线自动提取方法研究进展迅速，但仍需不断完善和优化。
未来研究方向包括加强地物波谱机制研究、将图像处理的基本理论与地学知识更紧密地结合起来、探索新的提取算法和技术等。
通过这些努力，我们有望实现对海岸线的更精确、更高效的自动提取，为海洋资源管理和环境保护提供有力支持。
1. 遥感技术的发展及其在海岸线提取中的应用作为一种非接触式的远距离探测技术，近年来得到了迅猛的发展，并在地理信息系统(GIS)、环境监测、资源调查等多个领域展现出广泛的应用前景。
海岸线提取作为遥感技术应用的一个重要方向，对于海洋生态系统的保护、土地利用规划、海洋资源开发以及防灾减灾等方面具有至关重要的作用。
基于LiDAR数据的潮汐数据参考海岸线提取方法说明书
6th International Conference on Energy, Environment and Sustainable Development (ICEESD 2017)An Improved Contour Tracing Method of Extracting Shoreline Based onLiDAR DataCai-xia Yu1,a, Yi-long Li2,b, Jun Xu1,3,c, Wen-qian Huang1,4,d1Dalian Navy Academy, Dalian 116018, China2Troops.75838, Guangzhou 510650, China3Chinese Academy of Surveying and Mapping, Beijing 100830, China4State Key Laboratory of Geo-information Engineering, Xi’an 710054, Chinaa b**************,c*******************,d***************Key words:LiDAR Shoreline MHWS contour rasterization ArcGIS ABSTRACT. The Contour tracing method can automate extraction of tidal datum referenced shorelines from light detection and ranging ( LiDAR) data. With this method, shorelines are derived easily, but they are too broken, meandering and trembly. So an improved contour tracing method is put forward in this paper. Firstly, detection outlires is applied to the LiDAR data, and then the LiDAR data is rasterized by the reasonable resolution, lastly, the shorelines based on MHWS( mean high water springs) datum surface, whose height calculated by the tide gauge data or tidal model are extracted from the raster data. An application shows that the improved method is more efficient than the contour tracing method, and the shorelines extracted are more smooth and reasonable.IntroductionLiDAR can acquire high precision and density terrain surface three-dimension point clouds speedily, so it is of obvious advantage to surveying difficult area, such as coastal zone, and has become the new direction of coastal zone survey [1, 2].Currently, contour tracing methods which are simply and carried out easily, are adopted to extracting shorelines based on LiDAR point clouds in some foreign studies [3, 4]. Shorelines created by contour tracing methods have more dithers, sawtooth-like and broken lines [1, 4, 5], so some following procedures are further need to estimate, as well as smoothing which increased the workload. In the paper, an improved contour tracing method is developted to optimize the shoreline extracting process, and also improve shoreline quality. Contour Tracing MethodAccording to national Surveying and Mapping Standard Criterion [6-8]Shoreline is defined as mark line of the boundary of sea and land at the time of MHWS, which is the shoreline can be regarded as one contour intersected by MHWS and coast terrain. The contours have the same height value which is the height of MHWS, so shorelines can be transformed into the contour with MHWS height value. Then the main processes of extracting shorelines by contour tracing based on LiDAR point clouds are following, firstly, original LiDAR point clouds are filtered and classified to create coast digital elevation model (DEM), secondly, the regional MHWS height value is calculated by the tide gauge data or tidal model, lastly, the contours with MHWS height value are extracted bycontour tracing method, namely the shoreline. Fig. 1 shows the flowchart of extracting shoreline with improved contour tracing method.Fig.1. Flow chart of extracting shoreline with contour tracing method By the above contour tracing method, the shoreline extracted is showed in fig. 2.Fig.2. Shoreline extracted by contour tracing method loaded on coast DEM It is evident that the shorelines are more meandering, trembley and broken; furthermore, there are many false lines or enclosed polygon, by Fig 2. The main reason causing the circumstances such as Fig 2 are that the LiDAR data of seaside are influenced by wave and tide, the algae and seaweed on shallow are too thick, the noise especially outlies, and lack of data on strait or swale, and so on[1, 5, 9].So much more following manual works are needed to modify which bring higher labor intensity, lower efficiency, and also the shorelines extracted are easily influenced by subjective factors as well. In addition, the method is restricted by two aspects such as follows:(1) Filtering and classification of LiDAR point cloudsCurrently, there are many studies on LiDAR point clouds filtering, but yet no method is universal and suitable to the complex terrain landform [10, 11], meanwhile, when filtering, it need continuous tests to adjust threshold, which consume the much longer time.(2) Creation of coast DEMLiDAR point clouds data are of random, high-density and high-precision, and coast terrain are complex as well, so the coast DEM creation is complex and time-consuming, meanwhile, it exits error and unreasonable.The improved Contour Tracing MethodIn order to improve shoreline quality, the paper improved the contour tracing method, first, detection outlires is applied to the LiDAR data; second, established LAS dataset based on ArcGIS[12, 13]; third, rasterization Terrain dataset or LiDAR point clouds to found much smoother coast terrain; at last, much reasonable shorelines extracted by raster surface. Fig. 3 shows the flowchart of extracting shoreline with improved contour tracing method.Fig.3. Flow chart of extracting shoreline with improved contour tracing method(1) Detection outlires. Because of LiDAR characteristic, it is inevitable to bring noise into point clouds, including very high points, very low points and isolated point and so on[10,14], all of which are false point clouds. So they must be removed, otherwise leading serious error.(2) Creation LAS Dataset. In software ArcGIS 10.2, three-dimension LiDAR point clouds are quickly read and displayed by LAS Dataset. Of course, LiDAR data with WGS 84 coordination aretransformed into those with national geodetic system 2000 (CGCS 2000) and national vertical datum1985.(3) Judging whether LiDAR point clouds are classified or not. If true, it can go into procedure 5 directly, or else, go into procedure4.(4) Construction Terrain dataset. In order to thinning data and reducing high frequency noise, it needs to choose the suitable Terrain pyramid type and the reasonable grade.(5) Establishment raster surface data. Coast terrain surfaces are smoothed by interpolation method. If the previous procedure is 4, raster surfaces are established by Terrain dataset, or else, by LAS Dataset directly.(6) Calculation MHWS Height value. Local MHWS Height value of the coast area is calculated by the tide gauge data or tidal model [15, 16], and then transformed into national vertical datum1985.(7) Extraction shoreline. In the coast terrain raster surface, height information are expressed in different grey level or color level, the contours with MHWS height value are built by raster surface, namely, shoreline.Experiment and AnalysisExperimentOne certain coast in Dalian is chosen in the paper, ship-borne LiDAR point clouds data with 10cm space are adopted, and there are about 220000 point clouds. Fig. 4 is the real-color point clouds, according to the above procedures; LAS Dataset is established in Fig. 5.Fig.4 Real-color point clouds of the certain coast Fig.5 established LAS Dataset Shorelines extracted by contour tracing method are loaded on raster data, like Fig. 6, meanwhile, Fig. 7 is the shorelines extracted by improved contour tracing method, which are loaded on raster data. Shorelines by these two different methods are overlaid showing in Fig. 8, blue lines expressing shorelines by contour tracing method , while red lines meaning ones by the improved methods. These three figures are all local magnified area of shorelines.Fig. 6 Shorelines by contour tracing method Fig. 7 Shorelines by improved methodFig.8 The overlay of shorelines by two different methodsAnalysisIn fact, it is very hard to create standard contours by the contour tracing method based on traditional data source which are sparse-density data, say nothing of high-precision, high- density and random collected LiDAR data, with the addition of the complex terrain of sea and land interface, the process of extracting shorelines are more complex and difficult, and yet shorelines are trembly, sawtooth-like, and there are many broken lines and isolated polygons (see Fig. 6 and Fig.8). Moreover, by the improved method, error are eliminated firstly, then point clouds are rasterized which means the point clouds height are quantized again to be equilibrium, viz. filtering the high frequency noise, so shorelines showed in Fig. 7are much more smoother and suitable for the real coast area (see Fig. 8), of course, the improved method effectively reduces the following works and labor intensity, as well as improves the efficiency of shoreline surveying and mapping. ConclusionsConfirming shorelines speedily and precisely is one important mission of Hydrography and Cartography at all times. The paper put forward an improved contour tracing method, which spurning coast DEM construction process in contour tracing method to guarantee much simpler and higher efficiency. Especially, LiDAR point clouds are rasterized, so shorelines extracted from raster data are much smoother and reasonable. It tested that the improved methods can be applied to create shorelines in digital chart production.AcknowledgementNational Natural Science Foundation Youth Fund（41501500）；Opening Fund of State Key Laboratory of Geo-information Engineering（SKLGIE2016-M-4-1）Reference[1]Yu Caixia, Wang jiayao, Xujun, et al. Advance of Coastline Extraction Technology [J].Jounalof Geomatics Science and Technology, 2014, 31(3):305-309.[2]Stockdon H, Sallenger A, Holman R et al. Estimation of Shoreline Position and Change UsingAirborne Topographic Lidar Data[J]. Journal of Coastal Research, 2002, 18(3): 502-513. [3]Robertson W V, Whitman D, Zhang K Q et al. Mapping Shoreline Position Using AirborneLaser Altimetry [J]. Journal of Coastal Research, 2004, 20(3): 884-892.[4]Leatherman, S.P. Shoreline change mapping and management along the U.S. east coast [J]:Journal of Coastal Research Special, 2003(38): 5-13.[5]Yu Caixia, Huang Wenqian, Zheng Yidong, et al. 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基于极化雷达影像的海岛礁提取
基于极化雷达影像的海岛礁提取张现峰;张永红;仲伟凡【摘要】提出了一种利用RADARSAT-2全极化SAR影像和极化特征参数提取精确的海岛礁范围的技术方法.极化特征熵参数描述了目标散射的随机性,与海水相比海岛礁处于较高的去极化状态,因此海岛礁的熵值明显大于海水的熵值.首先本文利用EM(Expectation Maximization,最大数学期望)算法自动计算的提取海岛礁最佳阈值对熵参数文件进行阈值分割,得到海岛礁的初始分割结果.由于受到船只和海水表面波浪的影响,海水部分也会存在与海岛礁近似的熵值.因此初步阈值分割得到的海岛礁结果会有部分海水和船只等,利用PSNR(Peak value signal-to-noise ratio,峰值信噪比)提取海水大致范围并剔除海水范围内初始分割结果中的噪声部分.最后根据TM影像提取的海岛礁范围进行精度评价,实验结果表明该技术方法能够从极化SAR影像上准确提取海岛礁范围.%This paper proposes a method of delineating the sea island in RADARSAT-2 polarimetric SAR image. The polarimetric parameter of entropy generated from Cloud's Decomposition Algorithm describes the randomness of targets' scattering. Compared with sea water, the islands show higher polarimetric entropy due to their strong depolarization effect. Therefore, the islands are initially extracted from the entropy value using a threshold. and the threshold value is determined with the Expectation Maximization (EM) method. But,vessels and sea waves may bring in a false alarm because they could also present a similarly high entropy value as island. To exclude these false alarms, this paper used PSNR (Peak Value Signal-to-Noise Ratio) to extract approximate range of the sea water,then using the range of sea water to eliminate the noiseparts in the initial segmentation result. Finally,the sea island extracted result from TM image is used to evaluate the proposed method,and the experiment result shows that it can achieve the accurate extraction of the sea islands from the polarimetric SAR image.【期刊名称】《遥感信息》【年(卷),期】2012(027)003【总页数】6页(P34-39)【关键词】极化雷达影像;EM算法;峰值信噪比;阈值分割;海岛礁提取【作者】张现峰;张永红;仲伟凡【作者单位】中国测绘科学研究院,北京100830;山东科技大学,青岛266510;中国测绘科学研究院,北京100830;中国测绘科学研究院,北京100830【正文语种】中文【中图分类】TP79我国是一个海洋大国，在海洋中有各类海岛礁12000多个，准确地测定海岛礁的位置和地理信息，对我国的国家安全、领土完整和海洋开发都有着重要的现实意义和战略价值（周瑜等，2010）。
从机载LiDAR点云数据中快速提取建筑物的方法研究
从机载LiDAR点云数据中快速提取建筑物的方法研究龚威平;李云帆;陈卓;龙超【摘要】提出一种从机载LiDAR点云数据中快速提取建筑物的方法.首先通过渐进三角网滤波得到地面点和不规则三角网,再通过三角网的区域生长和多条件阈值提取出候选建筑物轮廓,然后对提取出的初始建筑物点云采用两种策略去除噪声点,最终得到准确的建筑物点云,并通过实际数据进行了验证.【期刊名称】《城市勘测》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】5页(P84-88)【关键词】LiDAR;建筑物提取;滤波;区域生长【作者】龚威平;李云帆;陈卓;龙超【作者单位】住房和城乡建设部城乡规划管理中心,北京100835;住房和城乡建设部城乡规划管理中心,北京100835;武汉大学遥感信息工程学院,湖北武汉430079;中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院,贵州贵阳550083【正文语种】中文【中图分类】P237;P234.4随着地球空间信息技术及其相关学科的飞速发展，三维数字城市的构建已经成为城市规划和建设领域的重要组成部分，能够为城市发展提供科学决策依据，全面提高政府规划、宏观调控、市场监管、社会管理与公共服务等方面的水平和效率。
数字城市建设的首要内容是城市地区建筑物三维信息的获取，而作为一种新型的主动传感器，机载激光雷达(Airborne LiDAR)通过集成定姿定位系统和激光测距仪，无需摄影测量处理的影像匹配过程即可直接获取目标的高密度三维点云数据，同时可以准确获取地物间的几何拓扑关系，是一种经济、可靠的地表三维空间数据采集技术，目前已经成为城市三维建筑物模型获取的一种重要手段，具有广阔的应用前景[1～6]。
因此，研究如何快速、准确地从LiDAR点云数据中提取出建筑物具有重要的现实意义。
从机载LiDAR数据中提取建筑点云数据包含以下两步:①从原始DSM数据中提取出建筑表面点，即建筑脚点；②分割建筑点。
通常将这种建筑物提取的策略称为F-S方法[7]。
基于LIDAR的滩涂、海岛礁DEM测绘关键技术研究
基于LIDAR的滩涂/海岛礁DEM测绘关键技术研究摘要：航空激光扫描探测技术在我国的应用还只是刚刚起步，其中利用航空激光扫描探测数据进行困难地区DEM成图仍是当今的研究热点与难点之一, 针对江苏沿海滩涂/海岛礁DEM测绘过程中遇到的实际问题，研究了滩涂/海岛礁DEM测绘的相关关键理论、模型。
提出基于LIDAR技术的滩涂/海岛礁DEM测绘应用研究的技术路线，深入地研究了基于LIDAR技术的滩涂/海岛礁测绘系统精度检校、LIDAR数据的预处理模型、陆海统一的空间基准模型建立以及基于POS/DSS/LIDAR集成的虚拟控制点提取技术等，并以江苏沿海滩涂/海岛礁1:10000全数字测绘为例，进行DEM测绘应用试验。
关键词：LIDAR技术，DEM测绘，三维空间基准,高程基准, POS一、前言航空激光扫描探测系统（LIDAR，也称机载激光雷达，Light Detection And Ranging，有些文献也称之为机载激光扫描，Airborne Laser Scanner)，是一种主动式对地观测系统，是二十世纪九十年代初首先由西方国家发展起来并投入商业化应用的一门新兴技术。
它集成激光测距技术、计算机技术、惯性测量单元(IMU) /DGPS差分定位技术于一体，该技术在三维空间信息的实时获取方面取得了重大突破，为获取高时空分辨率地球空间信息提供了一种全新的技术手段。
它具有自动化程度高、受天气影响小、数据生产周期短等特点，“高可靠性、高分辨率、高精度”是它典型的特征，是当前各类遥感器的佼佼者。
LIDAR技术在地形测绘、环境检测、三维城市建模等诸多领域具有广阔的发展前景和应用需求，有可能为测绘行业带来一场新的技术革命。
航空激光扫描探测技术在国外的发展和应用已有十几年的历史，但是我国在这方面的研究和应用还只是刚刚起步。
其中利用航空激光扫描探测数据进行困难地区DEM等数据产品生产是当今的研究热点之一。
当前滩涂/海岛礁DEM测绘遇到的主要问题有：数据获取问题、控制场布设与测量问题、高程基准面测量与拟合问题和潮汐问题。
浅析Lidar数据的滩涂、海岸带主要地物提取方法
绘 工程技术研究 。
据处理。对初载 ＧＰＳ数据进行 差分 处理 ，并与机 载 ＰＯＳ姿态
２６９
Ｉ工程 建设ｒｏｊｅｃｔ
参数进 行同步解算 ，获得 高精 度定位数 据 ；（３）激光数据处理 。 对 ＰＯＳ数据与激光点数据进行融 合处理 ，得到地面 坐标 并输 出激光点文件 。
ｍ ｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆａｉｒｂｏｒｎ ｅ Ｌｉｄａｒ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄ ｏｆｔｈｅ ｍａｉｎ ｇｒｏｕｎｄ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｉｎ ｂｅａｃｈｅｓ ａｎｄ ｃｏａｓｔａｌ ａｒｅａ，ｔｈｅ ｍａｉｎ
ｇｒｏｕｎｄ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｒｅ ｗａｔｅｒ，ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ，ｓａｎｄ，ｍｕｄ ａｎ ｄ ｓｏ ｏｎ，ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ａｉｒｂｏｒｎ ｅ Ｌｉｄａｒ ｍ ｅａｓ ｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆｔｈｅ ｉｎｔｅｒｔｉｄａｌ ｚｏｎｅ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｙｉｎｇｋｏｕ ａｎ ｄ
表 １ 机 载机 载 Ｌｉｄａｒ海 岸 地 形 测 量 应 用 分析
区域
说 明
结论
常值剔除 以及激光数据滤波分类量部分 ；（２）地形编辑和 ＤＥＭ 制作 ，该 步骤 是应用人工编辑进行检核 ，然后进行拟合 生成 ＤＥＭ产 品的过 程 ；（３）正 射影像 制作 ，该步骤 是利用 ＤＥＭ 成 果进行正射和拼接 ，进而形成 ＤＥＭ正射影像图。
智能与信息化 ｌ
ｆ，口ｅ脚 妇 ａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｚ￣ｉｏｎｌＩ
浅析 Ｌ ｉ ｄａｒ数据 的滩涂 、海岸 带主要 地物提 取方法
Ｔｈｅ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｍ ｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｌｉｄａｒ Ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ Ｍ ａｉｎ Ｇｒｏｕｎｄ Ｆｅａｔｕｒｅｓ
基于邻域相关信息的海岸线提取方法
基于邻域相关信息的海岸线提取方法维普资讯 ////0>.年月装备指挥技术学院学报第卷第期 . .基于邻域相关信息的海岸线提取方法张永继 , 闫冬梅 , 曾峦谷锁林.装备指挥技术学院研究生部,北京 ; .装备指挥技术学院光电装备系,北京摘要:海岸线的检测是实现海洋遥感中海岸区域检测的前提和基础。
利用遥感卫星所提供的高分辨率全色影像,综合考虑光谱信息和空间信息, 提出了一种基于邻域相关信息并基于二维类间方差原理的快速自动提取海岸线方法,经实验数据检验,取得了良好的分割效果。
关键词:邻域相关信息;海岸线提取;二维类间方差中图分类号:文献标识码: 文章编号: ? ? ? ? ,? 。
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?. ,。
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: ?. ?? ??. ? . ? .: ; ; ??是空间分辨率小于的高分辨率遥感卫星如、等出现后,如何利用高问题的提出分辨率影像实现海岸线的自动提取,正成为海洋海岸线测绘和海岸线变化检测,在安全导航、遥感应用邻域的研究内容之一。
海岸带资源开发、海岸带环境保护和海岸资源可在利用高分辨率遥感卫星影像提取海岸线的持续发展中,发挥着重要的作用,而如何精确确定研究中,相关学者提出了一些方法,如瞿继双等海岸线位置是测绘和检测的基础和难点。
海岸线提出了一种基于多阈值的形态分割方法,可较好的检测研究,历经了野外实地调查、利用航拍影像地提高检测的准确度且降低误检率,但在确定最调查和利用遥感卫星图片提取等几个过程,特别终阈值时需利用灰度均值取偏差完成。
为达到好收稿日期:一 ?基金项目:国家高技术发展计划项目作者简介:张永继一 ,男汉族 ,山西原平人,工程师,硕士研究生; 曾峦一 ,男,教授,硕士生导师维普资讯 ////.第期张永继,等:基于邻域相关信息的海岸线提取方法的分割效果,偏差值需经重复实验确定,因此实现割、孤立小区域去除和海岸线确定个步骤。
其海岸线的自动检测有一定的局限性。
冯兰娣等中孤立小区域去除主要利用像素标记的方法,在提出了一种提取海岸线的小波变换方法,与传统实践中已得到广泛应用,文中不做详述。
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１．２ 数 据 本文使用了覆盖烟台芝罘岛和东营市飞雁滩区
域的 机 载 ＬｉＤＡＲ 数 据 ，该 数 据 由 中 国 海 监 北 海 航 空 支 队 的 机 载 激 光 雷 达 获 取 ，获 取 时 刻 分 别 为 北 京 时 间 ２００６ 年 ８ 月 ２０ 日 １７∶２３∶３５（航 飞 高 度 为 ２ ４００ ｍ）和 ２００９ 年 ５ 月 ２４ 日 １２∶４５∶１７（航 飞 高 度为 ３ １００ ｍ）。 获 取 时 刻 均 非 当 日 高 潮 时 ，同 时 获 取 的 还 包 括 航 空 ＤＳＳ 数 码 相 机 获 取 的 高 分 辨 率 航 空 影 像 数 据（机 载 ＬｉＤＡＲ 数 据 与 航 空 ＤＳＳ数 码 影 像 指 标 分 别 见 表 １ 和 表 ２）。 本 文 中 所 用 到 的 潮 汐 数 据由海洋 预 报 业务部 门的精 准潮汐模型推算而 得 ，潮 汐 预 报 精 度 为 ３０ｃｍ，高 程 系 统 采 用 １９８５ 国 家高程基准。
表１ 机载 ＬｉＤＡＲ 数据指标 Ｔａｂ．１ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａｉｒｂｏｒｎｅ ＬｉＤＡＲ ｄａｔａ
参数
指标
激光波长
１ ０６４ｎｍ
扫描角
±７５°，可 从 ０°起 调 节
扫描频率
可变，最大可达７０ Ｈｚ
水平精度 高程精度
＜ （飞 行 高 度 ）／２ ０００ ＜１０ｃｍ ＠＊ ７５０ｍ；＜１５ｃｍ ＠ １ ０００ｍ；
１ 研 究 区 域 与 数 据
１．１ 研 究 区 本文选取山东省东营市飞雁滩与烟台市芝பைடு நூலகம்岛
海岸带作为研究区，研究区范围如图 １ 所示。 芝罘岛 海 岸 带 以 基 岩 海 岸 和 砂 质 海 岸 交 错 分 布 为 特 点 ，潮 间 带 较 窄 ，海 岸 多 陡 崖 ，地 形 起 伏 较 大 ；飞 雁 滩 海 岸 带 则 被大面 积 的 淤 泥 质 岸 滩 所 覆 盖，岸 滩 坡 度 极 缓，在 １／１ ０００左右 。 ［２０］ 以上 ２ 个 研 究 区 均 不 易 进 入 测 量， 海 岸 线 遥 感 解 译 标 志 难 以 确 定 ，给 海 岸 线 提 取 带 来 较 大困难，适合开 展 基 于 机 载 ＬｉＤＡＲ 数 据 与 潮 汐 推 算 的海岸线遥感提取研究工作。
倪 绍 起１，２，４，张 杰３，马 毅３，任 广 波３
（１．中国科学院 烟台海岸带研究所 ，山东 烟台 ２６４００３；２．中国科学院大学 ，北京 １０００４９； ３．国家海洋局 第一海洋研究所 ，山东 青岛 ２６６０６１；４．中国海监 北海航空支队 ，山东 青岛 ２６６０３３）
摘 要：海岸线对于海岸带保护与 管 理 具 有 重 要 意 义。 海 岸 线 现 场 测 绘 施 测 周 期 长 且 在 地 形 复 杂 的 区域施测难度大，基于遥感影像的海岸线判绘对解译人员的要求高，难以获取严格意义的海岸线。 针 对上述问题，本文提出一种基于机载 ＬｉＤＡＲ 与潮汐推算的自然岸线遥感 提 取 方 法：基 于 机 载 ＬｉＤＡＲ 系统获取的航空正射影像解译瞬时水边线，应用 ＬｉＤＡＲ 系统 提 取 的 ＤＥＭ 和 建 立 的 高 程 系 统 转 换 模 型，通过潮汐数据推算研究区域的海岸线。通过与“９０８ 专 项”航 空 遥 感 调 查 岸 线 结 果 比 对，按 本 文 方 法所提取的３种自然岸 线 （砂 质 岸 线、基 岩 岸 线 和 淤 泥 质 岸 线 ）的 均 方 根 误 差 分 别 为 １．６６，５．２３ 和 ３２．４８ｍ。 结果表明，该方法可用于砂质岸线和基岩岸线的提取，且具有无需开展现场测量工作的优 势 ，可 提 高 海 岸 线 提 取 的 效 率 。 关 键 词 ：海 岸 线 提 取 ；ＬｉＤＡＲ；遥 感 中 图 分 类 号 ：Ｐ７３７．１２，ＴＰ７５３ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
海岸线对于海岸带保护与管理具有重要意义。 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 《海 洋 学 术 语 ：海 洋 地 质 学 》 （ＧＢ／Ｔ １８１９０—２０００）对 海 岸 线 的 定 义 为：海 岸 线 是 海 陆 分 界 线 ，在 我 国 系 指 多 年 大 潮 高 潮 位 时 的 海 陆 界 线 。 ［１］ 夏东兴 等 指 ［２］ 出 海 岸 线 的 真 正 内 涵 是 划 分 喜 盐生物与淡水环境生物的界线。但这条生物生存环 境 界 线 往 往 难 以 确 定 ，而 海 岸 带 区 域 的 管 理 与 开 发 利 用又需要有一条明确的海陆界线。传统的海岸线测 绘方法主要依赖现场测 绘 。 ［３］ 然 而，海 岸 线 现 场 测 绘 施 测 周 期 长 ，而 且 基 岩 海 岸 和 淤 泥 质 海 岸 由 于 地 形 复 杂 ，海 岸 线 现 场 测 绘 比 较 困 难 。
卫星遥感与 航 空 遥 感 由 于 不 受 现 场 地 形 限 制 ， 被广泛用于海岸带制图与海岸线遥感提取。基于遥 感 影 像 的 海 岸 线 提 取 方 法 主 要 有 人 工 解 译 和 ［４］ 自 动
提 取 两 ［５－１２］ 种 。 人 工 目 视 解 译 的 关 键 在 于 建 立 不 同 类 型 海 岸 线 的 解 译 标 志［１３］，但 这 带 有 一 定 的 主 观 性 ，尤 其 在 海 岸 较 为 平 缓 或 十 分 陡 峭 的 影 像 上 因 海 岸 线 解 译 标 志 不 明 显 ，容 易 引 入 较 大 的 人 工 解 译 误 差。自动提取方法中提取的岸线多为瞬时水边线， 对于严格意义的海岸线的提取目前仍较为困难。机 载 ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）可 生 成 海 岸 ＤＥＭ，具 有 空 间 分 辨 率 高 和 定 位 精 确 等 优 点 ，且 数 据 获 取 受 时 间 窗 口 制 约 小 ，理 论 上 只 要 在 海 岸 线 被 大潮淹没的时间段之外获取的数据均可用于海岸线 的提 取 ，因 此 在 海 岸 线 测 绘 方 面 具 有 独 特 的 优 势 ，近 年 来 已 被 国 外 学 者 用 于 海 岸 线 的 遥 感 提 取 。 ［１４－１７］ 中 国 海 监 于 ２００５ 年 引 进 机 载 ＬｉＤＡＲ 系 统 ，开 展 海 岸 带 的 航 空 遥 感 调 查 ，海 岸 线 提 取 主 要 应 用 人 机 交 互 判 绘 ，工 作 量 大 且 周 期 长 。 国 内 其 他 基 于 机 载 Ｌｉ－ ＤＡＲ 数 据 的 海 岸 线 提 取 工 作 也 还 处 于 探 索 阶
图３ 研究区 ＤＥＭ Ｆｉｇ．３ ＤＥＭ ｏｆ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ
ａ— 飞 雁 滩 ；ｂ— 芝 罘 岛 ａ—Ｆｅｉｙａｎｔａｎ；ｂ—Ｚｈｉｆｕ Ｉｓｌａｎｄ
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海 洋 学 研 究
３１ 卷 ３ 期
２．２ 航 空 影 像 正 射 校 正 与 ＬｉＤＡＲ 数据同步获取的航空遥感影像空间分
辨率为０．８ｍ，使 用 ２．１ 节 中 生 成 的 ＤＥＭ 结 合 地 面 实 测 控 制 点 对 影 像 进 行 正 射 校 正 ，校 正 后 水 平 定 位 中 误差为０．８ｍ，正射校 正 后 的 航 空 影 像 （图 ４）主 要 用 于瞬时水边线的目视解译。 ２．３ 岸 线 推 算
第 ３１ 卷 第 ３ 期 ２ ０ １ ３ 年 ９ 月
海 洋 学 研 究
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＡＲＩＮＥ ＳＣＩＥＮＣＥＳ
文 章 编 号 ：１００１－９０９Ｘ（２０１３）０３－００５５－０７
Ｖｏｌ．３１ Ｎｏ．３ Ｓｅｐｔ．，２ ０ １ ３
基于机载 ＬｉＤＡＲ 与潮汐推算的海岸带 自然岸线遥感提取方法研究
表３ ＤＥＭ 现场验证点 Ｔａｂ．３ Ｃｈｅｃｋ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ＤＥＭ
验证点号
收 稿 日 期 ：２０１３－０４－０１ 修 回 日 期 ：２０１３－０５－２４ 基 金 项 目 ：我 国 近 海 海 洋 综 合 调 查 与 评 价 专 项 项 目 资 助 （９０８－０１－ＷＹ０２，９０８－０１－ＨＹ）；中 欧 合 作 “龙 计 划 ”三 期 项 目 资 助 （１０４７０） 作 者 简 介 ：倪 绍 起 （１９８３－ ），男 ，山 东 青 岛 市 人 ，博 士 研 究 生 ，主 要 从 事 海 岸 带 遥 感 方 面 的 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｑｎｉ＠１６３．ｃｏｍ
本文基于机载 ＬｉＤＡＲ 数据与潮汐推算的海岸线 提取方法主要 包 括 ４ 个 技 术 环 节：１）ＤＥＭ 制 作：基 于机载 ＬｉＤＡＲ 系统 获 取 的 高 精 度 点 云 数 据，经 过 滤 波处理和内插计算，生成高精度的 ＤＥＭ；２）航空影像 正射校正：应用生成的 ＤＥＭ 和地面控制点对 ＬｉＤＡＲ 系统同步拍 摄 的 航 空 遥 感 影 像 进 行 正 射 校 正；３）岸 线推算：通过建立高程转换模型从而推算指定 高 程系 统下研究区域的多年平均大潮高潮线 ＭＨＷＬ（Ｍｅａｎ Ｈｉｇｈ Ｗａｔｅｒ Ｌｉｎｅ，为 近 １９．８ａ连 续 观 测 的 大 潮 潮 高 的平均值）所对 应 的 潮 汐 高 度 面，最 终 利 用 其 对 研 究 区域 ＤＥＭ 进 行 切 割，所 得 到 的 交 线 （或 称 为 潮 汐 等 高线 ）即 为 所 要 提 取 的 海 岸 线；４）精 度 验 证：通 过 与 “９０８专项”航空遥 感 调 查 岸 线 比 对，计 算 推 算 岸 线 的 均方根误差 ＲＭＳＥ，评价推算岸线的精度。具体技术 流 程 见 图 ２。 ２．１ ＤＥＭ 制作