一種灘涂濕地地形快速測量的遙感遙測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種灘涂濕地地形快速測量的遙感遙測方法，在受測灘涂濕地及相關(guān)水域內(nèi)建立兩個以上的水位遙測站，沿受測水域縱向構(gòu)建水位觀測基線和水位遙測站網(wǎng)，進行水位實時監(jiān)測，建立與獲取遙感影像同步的不同時間的觀測水位線；收集監(jiān)測區(qū)域多源多時相衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，并提取不同水位的遙感水邊線；對遙感水邊線上的每個水邊點進行同步水位賦值，建立三維遙感水邊線；在系列三維遙感水邊線的基礎(chǔ)上建立灘涂數(shù)字地形模型，最終完成監(jiān)測區(qū)域的灘涂濕地地形圖。本發(fā)明是建立在衛(wèi)星遙感和水文站網(wǎng)基礎(chǔ)上的灘涂地形革新方法，克服了傳統(tǒng)的人工徒步測量、船載雷達實地測量和現(xiàn)代航空雷達測量的測量困難，地形測量的高程精度達厘米級。
【專利說明】一種灘涂濕地地形快速測量的遙感遙測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地形測量方法，特別是涉及一種灘涂濕地地形快速測量的遙感遙測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于經(jīng)緯儀及現(xiàn)代全站儀的傳統(tǒng)地形測量方法屬實地測量方法，它對區(qū)域地形測量的技術(shù)路線是由點到線再到面的地形測量方法。實地測量作業(yè)條件艱苦，效率低，財力消耗大。
[0003]水下地形測量主要是船載測試儀測量。江河湖海濱岸區(qū)域灘涂廣布，灘涂地形測量是一項長期困擾的難題，“船測難上灘，人測難下水”。船載測測量水下地形方法受船舶需要足夠的水深(吃水)才能航行的限制，測船不能深入淺水灘涂測量。灘涂水深淺緩，尤其是水位變動的灘涂，如潮汐影響的灘涂，人力徒步測量通行困難，灘涂泥深、灘陷、溝槽多變，不僅測量效率低下，而且存在人身及設備安全風險。因而大面積灘涂長期缺少實測地形資料，如江蘇岸外的淤泥質(zhì)潮灘濕地。
[0004]攝影測量是建立在地物攝影像對基礎(chǔ)上的光學影像測量方法。該方法適宜于地形起伏較大的山地丘陵地形測量，但灘涂濕地地形極為平緩難，難以形成有效的立體攝影像對，不適宜于灘涂濕地地形測量。
[0005]機載激光探測和測距系統(tǒng)技術(shù)(LiDAR)可快速獲得大范圍灘涂地形信息(Guo QH et al., 2010), Blott 等在英國 Abbotts Hall 海岸使用 LiDAR 數(shù)據(jù)構(gòu)建 DEM (Blott SJ et al.，2004);但LiDAR技術(shù)受到灘涂植被、質(zhì)地等差異，施測時的天氣和潮汐條件，以及生產(chǎn)成本等多重測量因素制約，在灘涂動態(tài)觀測和歷史演變研究方面需要一種大面積同步、快速測量的方法，LiDAR仍然難以發(fā)揮其長系列監(jiān)測的作用。
[0006]基于遙感水邊線的潮灘地形反演方法研究成果頗豐，其原理是將水邊線作為測量潮灘區(qū)域高程的高度計，水陸交界線的水平位置由水邊線決定，而垂直高度信息則來自成像時刻的潮高。運用水邊線提取方法提取出水邊線，結(jié)合動力模型或者實測斷面數(shù)據(jù)計算出瞬時海面高度，即可構(gòu)建潮灘數(shù)字地形(Mason D C ei al.，1995，1997，2001; Ryu JH et al.，2002 ；White K et al.，1999 ;韓震等，2005 ;鄭宗生等，2008)。前人往往采用水動力學模型或者實測的斷面數(shù)據(jù)進行水邊線高程賦值，對于大面積的缺乏水下地形資料的潮灘區(qū)域而言，水動力學模型模擬的精度不高，而人工實測斷面往往不能滿足大范圍的賦值需要，因此這兩種賦值方法得到的地形誤差均相對較大。另外，此類水邊線方法未集成同步水位觀測系統(tǒng)，反演的地形數(shù)據(jù)可用于灘涂演變分析，但不足以發(fā)展成為具有可操作的灘涂地形監(jiān)測方法體系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種灘涂濕地地形快速測量的遙感遙測方法，集成現(xiàn)代衛(wèi)星遙感和水文遙測技術(shù)，將大面積遙感同步監(jiān)測與連續(xù)水位遙測系統(tǒng)相結(jié)合，提出了水位觀測基線與遙感水邊線的高程信息集成方法，將二維遙感影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三位灘涂地形信息，建立江河湖海及水庫等濱岸灘涂濕地地形的快速測量方法。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種灘涂濕地地形快速測量的遙感遙測方法，包括以下步驟:
步驟1，確定監(jiān)測灘涂濕地及其相關(guān)水域的范圍和監(jiān)測時間范圍；
步驟2，在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)建立兩個以上的水位遙測站，同時根據(jù)各水域水力聯(lián)系特征，沿監(jiān)測區(qū)域縱向構(gòu)建實時監(jiān)測的水位遙測站網(wǎng)和水位觀測基線，提取水位觀測基線上不同時間的觀測水位線；所述水位觀測基線由兩個以上水位遙測站的連接折線形成，所述觀測水位線是基于沿水位觀測基線的各水位遙測站的實測水位數(shù)據(jù)的聯(lián)線，采用樣條函數(shù)插值方法擬合形成；所述水位觀測基線與觀測水位線的走向均與遙感水邊線的縱向總體平行；步驟3，收集監(jiān)測區(qū)域的多源多時相衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，并提取二維遙感水邊線；
步驟4，采用空間臨近的賦值方法，將每條遙感水邊線上的水邊點向時間同步的觀測水位線作垂線，并將觀測水位線垂足的水位值賦給對應的遙感水邊點，完成一組同步觀測水位線和遙感水邊線的高程信息集成，以此類推將每條二維遙感水邊線轉(zhuǎn)化為三維遙感水邊線，從而獲得系列三維遙感水邊線；
步驟5，采用空間內(nèi)插方法，根據(jù)系列三維遙感水邊線，構(gòu)建灘涂濕地數(shù)字地形模型，生成受測灘涂濕地的數(shù)字地形；
步驟6，利用監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的新近實測地形數(shù)據(jù)，采用總體平均高程對比方法，在重疊測區(qū)或重疊斷面，對遙感遙測的灘涂數(shù)字地形與新近實測地形進行精度檢驗，最終完成監(jiān)測區(qū)域的灘涂濕地地形圖。
[0009]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，即采用遙感遙測相結(jié)合的非實地測量技術(shù)方法，集成現(xiàn)代衛(wèi)星遙感和水文遙測技術(shù)，解決了灘涂地形遙感圖像中的三維地形高程信息，可獲得厘米級灘涂地形高程信息；與現(xiàn)有技術(shù)相比，將可徹底解決傳統(tǒng)的人工徒步測量、船載雷達實地測量和現(xiàn)代航空雷達測量的測量困難，同時克服LiDAR測量受天氣和空管的限制等難題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的方法流程圖。
[0011]圖2是以江蘇岸外輻射沙脊群區(qū)域灘涂為例的具體實施流程圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
如圖1所示，一種灘涂濕地地形快速測量的遙感遙測方法，包括以下步驟:
步驟1，確定監(jiān)測灘涂濕地及其相關(guān)水域的范圍和監(jiān)測時間范圍；
步驟2，在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)建立兩個以上的水位遙測站，同時根據(jù)各水域水力聯(lián)系特征，沿監(jiān)測區(qū)域縱向構(gòu)建實時監(jiān)測的水位遙測站網(wǎng)和水位觀測基線，提取水位觀測基線上不同時間的觀測水位線；所述水位觀測基線由兩個以上水位遙測站的連接折線形成，所述觀測水位線是基于沿水位觀測基線的各水位遙測站的實測水位數(shù)據(jù)的聯(lián)線，采用樣條函數(shù)插值方法擬合形成；所述水位觀測基線與觀測水位線的走向均與遙感水邊線的縱向總體平行； 步驟3，收集監(jiān)測區(qū)域的多源多時相衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，并提取二維遙感水邊線；
步驟4，采用空間臨近的賦值方法，將每條遙感水邊線上的水邊點向時間同步的觀測水位線作垂線，并將觀測水位線垂足的水位值賦給對應的遙感水邊點，完成一組同步觀測水位線和遙感水邊線的高程信息集成，以此類推將每條二維遙感水邊線轉(zhuǎn)化為三維遙感水邊線，從而獲得系列三維遙感水邊線；
步驟5，采用空間內(nèi)插方法，根據(jù)系列三維遙感水邊線，構(gòu)建灘涂濕地數(shù)字地形模型，生成受測灘涂濕地的數(shù)字地形；
步驟6，利用監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的新近實測地形數(shù)據(jù)，采用總體平均高程對比方法，在重疊測區(qū)或重疊斷面，對遙感遙測的灘涂數(shù)字地形與新近實測地形進行精度檢驗，最終完成監(jiān)測區(qū)域的灘涂濕地地形圖。
[0013]如圖2所示，以江蘇岸外輻射沙脊群區(qū)域灘涂為例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
1、確定監(jiān)測灘涂濕地及其相關(guān)水域的范圍為江蘇岸外輻射沙脊群灘涂，監(jiān)測時間為2013 年；
2、根據(jù)本區(qū)域內(nèi)的6個水位遙測站，沿區(qū)域內(nèi)縱向構(gòu)建水位觀測基線和水位遙測站網(wǎng)；根據(jù)水位觀測基線(自射陽河口，經(jīng)條子泥，至蠣岈山)，采用樣條函數(shù)插值方法擬合，建立不同時間的觀測水位線；
3、收集監(jiān)測區(qū)域2012年10月至2013年4月的100余幅HJ/TM多源多時相衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，采用ENVI中的面向?qū)ο罂臻g特征提取模塊提取35條遙感水邊線；
4、選擇時間同步的觀測基線上的水位線與遙感水邊線作集成配對(35組)，采用空間臨近的賦值方法，將35條遙感水邊線上的各水邊點向時間同步的觀測水位線作垂線，并將垂足的水位值賦給對應水邊點，完成35組同步觀測水位線和遙感水邊線的高程信息集成，得到35條三維遙感水邊線；
5、根據(jù)35條三維遙感水邊線，在ArcGIS軟件中采用空間內(nèi)插方法，構(gòu)建數(shù)字地形模型，生成3300km2輻射沙脊群潮灘的數(shù)字地形；
6、利用條子泥區(qū)域2012年1:1萬、2009年1:5萬的實測地形圖，對生成的數(shù)字地形進行精度檢驗，最終獲得地形空間分辨率相當于1:1萬測圖精度的江蘇岸外輻射沙脊群區(qū)域灘涂地形圖。
[0014]以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種灘涂濕地地形快速測量的遙感遙測方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，確定監(jiān)測灘涂濕地及其相關(guān)水域的范圍和監(jiān)測時間范圍； 步驟2，在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)建立兩個以上的水位遙測站，同時根據(jù)各水域水力聯(lián)系特征，沿監(jiān)測區(qū)域縱向構(gòu)建實時監(jiān)測的水位遙測站網(wǎng)和水位觀測基線，提取水位觀測基線上不同時間的觀測水位線； 步驟3，收集監(jiān)測區(qū)域的多源多時相衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，并提取二維遙感水邊線； 步驟4，采用空間臨近的賦值方法，將每條遙感水邊線上的水邊點向時間同步的觀測水位線作垂線，并將觀測水位線垂足的水位值賦給對應的遙感水邊點，完成一組同步觀測水位線和遙感水邊線的高程信息集成，以此類推將每條二維遙感水邊線轉(zhuǎn)化為三維遙感水邊線，從而獲得系列三維遙感水邊線； 步驟5，采用空間內(nèi)插方法，根據(jù)系列三維遙感水邊線，構(gòu)建灘涂濕地數(shù)字地形模型，生成受測灘涂濕地的數(shù)字地形； 步驟6，利用監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的新近實測地形數(shù)據(jù)，對生成的數(shù)字地形進行精度檢驗，最終完成監(jiān)測區(qū)域的灘涂濕地地形圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種灘涂濕地地形快速測量的遙感遙測方法，其特征在于，步驟2中所述水位觀測基線由兩個以上水位遙測站的連接折線形成，其走向與遙感水邊線的縱向總體平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種灘涂濕地地形快速測量的遙感遙測方法，其特征在于，步驟2中所述觀測水位線是沿水位觀測基線的各水位遙測站觀測到的同步水位數(shù)據(jù)的聯(lián)線，采用樣條函數(shù)插值方法擬合形成，其走向與遙感水邊線的縱向總體平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種灘涂濕地地形快速測量的遙感遙測方法，其特征在于，步驟6中所述精度檢驗，采用總體平均高程對比方法，在重疊測區(qū)或重疊斷面，對遙感遙測的灘涂數(shù)字地形與新近實測地形進行精度檢驗。
【文檔編號】G01C11/00GK103791890SQ201410041355
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】丁賢榮, 夏娟, 康彥彥, 茅志兵, 孫玉龍, 葛小平 申請人:河海大學