[发明专利]一种基于遥感水边线的潮滩DEM率定方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种基于遥感水边线的潮滩DEM率定方法，特别针对地形变化迅速的潮滩区域构建符合现状的DEM。

背景技术

潮滩作为一种动态不稳定的土地资源，易受全球气候变化、海平面变化及人类活动影响，地貌演化常表现出大冲大淤、冲淤多变等特征，其地形往往在短时间内就发生了的很大变化，以前的地形（DEM）数据不能满足现状的需求，切实需要研究一种潮滩DEM实时获取的简单易行的方法。目前获取潮滩地形（DEM）的主要方法有4种：野外测量、航空测量、遥感影像的高程反演和遥感影像水边线信息复合技术。

野外测量是建立地面高程反演的常用方法。目前，通过地面调査（如水准仪、全站仪、载波相位差分测量技术等）可获得精度达厘米级的潮滩高程信息 (Mitasova H et al., 2003)。但易变海岸带潮滩广阔，滩面泥泞，潮沟密布，潮滩冲淤多变，海况复杂，该方法受潮滩面状况以及天气、白昼长度和潮汐等影响较大，难以快速、全面地建立大范围潮滩地形（DEM），且人力、物力投入巨大，不适合大面积的地形连续监测。

航空测量（机载激光探测和测距系统LiDAR技术）可获得精度较好，较大范围的地面高程信息（Guo Q H et al., 2010），但用于潮滩地区则受到种种限制。LiDAR技术的顺利实施需要借助较好的天气条件和潮汐条件，且由于潮汐周期变化、水体透明度低等原因，难以获取整个潮间带尤其是潮下带的高程信息。LiDAR技术历史数据积累少、生产成本高，制约了其在潮滩历史动态演化规律分析中的应用研究。

 基于卫星影像数据的高程反演主要依赖于雷达干涉测量和光学影像测量两种手段。卫星干涉测量可获取极大范围的地面概要信息，支持构建大尺度地表高程模型，同时可对地形变化进行精确监测，但其在垂直精度和水平精度上均较低，用于潮滩高程反演时，由于高含水量砂质表面对于雷达信号辐射相应较差等原因（Mason D C et al., 1998），导致其在淤泥粉砂质潮滩滩面的高程反演中效果较差，且难以覆盖整个潮间带，因此无法满足应用要求；使用卫星光学影像数据进行地面高程测量，亦具有覆盖范围大的特点，在特定条件下，通过构建水深模型还可进行水深信息反演（Jerlov N G, 1976; Paredes J M et al., 1983;党福星等, 2003; 黄家柱等, 2002; 沈永明等, 2009; 田庆久等, 2007; 张鹰等, 2009），但该方法同样具有较低的垂直和水平精度，观测要求无云环境，因此受限于天气状况，对于同一研究区满足要求的影像数量较少，且方法操作过程比较复杂，难以覆盖整个潮间带区域，在不同研究区难以保证稳定实用的反演精度。

水边线复合技术在历史潮滩高程反演、成本和测量环境要求方面有独特的优势，且能够覆盖整个潮间带区域，因此较为适合进行大范围的易变潮滩地形监测。其原理是将水边线作为测量潮滩区域高程的高度计，卫星成像时刻的潮滩水边线反映了卫星成像时刻水陆的瞬时状态，水陆交界线的水平位置由水边线决定，而垂直高度信息则来自成像时刻的潮高。若能够获取足够数量处于不同潮位高度的潮滩遥感影像，从中提取出水边线结合瞬时海面高度，即可据此构建潮滩DEM (专利CN102496185A，CN102436679A；Mason D C et al.，2001；Blott S Jet al.，2004；Anthony E Jet al.，2008；Heygster G et al.，2010；韩震等2009；郑宗生等，2007；张明等，2010；胡炜，2012)。

当前水边线复合技术还存在以下关键问题需要解决：

1. 遥感影像的时间跨度问题。

水边线信息复合技术要求在足够短的时间段内采集平静天气条件下成像、质量良好、足够多的遥感影像。而海岸带气象条件复杂，云雨雪霾等因素对光学遥感成像影响较大(Yamano Hetal., 2006)，遥感影像数据的可获取性限制了研究的拓展。前人的研究常忽视多时相遥感影像的时间间距（常为2年甚至更长）。而潮滩地貌在短时距内变化明显，如何在短时间内收集到更多的不同潮时下的遥感影像是需要解决的首要关键问题。

2. 水边线赋值问题