[发明专利]一种高时-空卫星数据融合的单日潮滩数字地形构建方法

说明书

本发明公开了一种高时‑空卫星数据融合的单日潮滩数字地形构建方法，通过引用STARFM时空数据融合方法，将GF‑1/WFV卫星数据与地球同步卫星GOCI数据融合，生成空间分辨率为16 m的逐小时影像；结合水动力模型得到影像过境时刻的潮汐水位，获得了潮滩的每日地形高程，实现了潮滩地形的遥感动态监测。通过高分辨率卫星观测与动力模拟的综合应用，解决了潮滩地形动态监测的难点，建立了淤泥质潮滩地形动态监测的新方法。

技术领域

本发明属于遥感构建潮滩地形数字高程模型(Digital Elevation Model DEM)技术领域，具体涉及融合高时间-高空间分辨率卫星数据生成单日潮滩地形数字高程的遥感方法。

背景技术

潮滩是潮间带出露的滩地，蕴含着宝贵的湿地生物资源和土地资源，受人类工程和海平面上升等影响，滩地淤积和侵蚀也随之发生转换，由此不仅使地形高程快速变动，也会对潮滩湿地资源和土地资源造成一定威胁。故及时和实时把握潮滩地形高程的快速变化具有重要意义。通常，传统的地形测量技术(例如水准测量、全站仪等)可以提供非常精确的潮滩地形高程测量，但是测量空间覆盖和工作效率十分低下，并且耗费大量的人力和财力，此外，潮滩湿地、滩涂、泥沼环境在潮水涨落的影响下，测量条件十分艰难。卫星遥感技术则具有时空连续和大面积的同步观测，以及测量周期短、成本低、非接触式等巨大优势，是通过卫星瞬时水边线和同步水位信息，构建DEM来实现潮滩地形测量的。一般来说，光学遥感影像相比于雷达影像、立体像对数据更丰富，更容易获得。因此，利用光学遥感影像数据构建潮滩数字地形高程，是目前最为广泛和实用的。

由于潮汐动力因素，海岸带潮滩时刻处于动态变化之中，但对于遥感技术而言，海岸带淤泥质潮滩的空间分布范围并不大，需要高分辨率的卫星影像，然而，就遥感技术而言，单一卫星传感器获得的遥感影像的空间分辨率和时间分辨率参数之间存在技术上的权衡，遥感影像往往难以同时具有高空间分辨率，又具有高时频特点。时频低的高分辨率卫星影像数量极为有限，加之海岸带地区云盖的影响，因此，短时期内满足具有“高-低潮位变化的时序系列影像数据集”的条件构建DEM的难度较高，大多学者为了达到这一条件采用了不同的数据源，将最短时期缩短至1年内、0.5年内等，但是，仍然无法真正解决潮间带湿地迅速的动态变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过静止轨道卫星每小时重访频率、低空间分辨率(百米级)遥感影像与极地轨道卫星多日重访频率、高空间分辨率(十米级)遥感影像的数据时空融合，来构建单日的潮滩地形DEM。构建单日潮滩地形数字高程模型，实现潮滩地形高程动态快速变化的监测，满足国家经济和生态文明建设中实时动态监测潮滩湿地资源、土地资源可持续发展的重大需求。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种高时-空卫星数据融合的单日潮滩数字地形构建方法，特点是：该方法包括以下具体步骤：

步骤1，高时空分辨率影像融合，采用时空自适应反射融合模型STARFM生成空间分辨率为16m的逐小时影像；

步骤2，潮汐动力模型TPXO8获取潮位，使用潮汐动力模型TPXO8获取潮汐数据；

步骤3，基于BP神经网络的水边线提取，采用BP神经网络监督分类方法对淤泥质潮汐湿地和水体进行准确分类，进而提取水边线；

步骤4，DTM的构建，结合潮位与水边线数据构建潮滩地形高程。

所述步骤1具体包括：

步骤1.1，首先引入窗口中相邻和相似像素的信息，采用STARFM算法首先将几何校正与地理配准之后的GOCI影像重采样到16m分辨率的GF-1/WFV影像上，设像素(x_i,y_j)上的地面覆盖类型和系统误差在预测时间t₀和影像日期t_k上不变，则：