一種利用遙感圖像測量沙波水深的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種遙感技術(shù)應(yīng)用和淺海地形監(jiān)測領(lǐng)域，特別是一種利用遙感圖像測 量沙波水深的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海底地形測繪是探索和研宄海洋的第一步，是開發(fā)和保護(hù)海洋的首要條件，也是 現(xiàn)今海洋學(xué)研宄的迫切需求，對于掌握地形演化規(guī)律和特征都有十分重要的意義。在回聲 測深儀發(fā)明之前，主要靠測深桿和測深錘來測量水深，測量精度較差。20世紀(jì)20年代回聲 測深儀出現(xiàn)之后，現(xiàn)代意義上海圖的繪制才得以實(shí)現(xiàn)。但早期的測深儀為單波束發(fā)射，一次 發(fā)射只能得到測量船正下方的水深，因而只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線測量，無法反映測線之間的地形地 貌。1970年代中期出現(xiàn)的多波束測深技術(shù)實(shí)現(xiàn)了帶狀測量（最大寬度可達(dá)水深的7倍），顯 著提高了測深效率。盡管如此，限于測量周期長、人力消耗大和資金需求高等方面的劣勢， 在地形高變化的淺海區(qū)域進(jìn)行大范圍的動態(tài)變化監(jiān)測任務(wù)中，僅依賴多波束測深方法仍然 很難滿足需求。遙感技術(shù)方法具有大范圍覆蓋和高頻率重訪的能力，在淺海水深測量方面 也發(fā)展了基于底質(zhì)光譜反射的光學(xué)遙感測深方法和基于海面粗糙度調(diào)制的SAR和太陽耀 光遙感測深方法。但受水體環(huán)境和底質(zhì)條件差異的限制，光學(xué)遙感測深方法僅適用于清潔 水體和甚淺水域，基本無法適用于沙波水深測量。SAR和太陽耀光遙感雖不受水體環(huán)境影 響，但現(xiàn)有的基于水動力調(diào)制模型的水深信息提取方法，需要一定的水體流場和風(fēng)場等環(huán) 境參數(shù)的支持，計(jì)算過程復(fù)雜，且水深測量精度較低。從檢索到的公開資料看，尚未有與本 發(fā)明完全一致的實(shí)現(xiàn)利用遙感圖像測量淺海沙波水深的方法。
[0003] 本發(fā)明針對廣泛分布的淺海沙波區(qū)的地形變化監(jiān)測需求，利用遙感技術(shù)方法的大 范圍覆蓋和高頻率重訪的能力，基于遙感圖像中所包含的因沙波地形對水體流場和海面粗 超度的調(diào)制而在呈現(xiàn)的亮暗條紋特征，包括亮暗條紋的強(qiáng)弱及其空間分布特征，對遙感圖 像的灰度數(shù)據(jù)進(jìn)行定量處理，并利用少量的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，獲得沙波水深信息，用 于淺海水下地形動態(tài)變化監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新的利用遙感圖像測量沙波水深的方法。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種利用遙感圖像測量沙波水深的方法，其特征在于其包括以下步驟：
[0007] (1)通過遙感器獲取含有沙波信息的遙感圖像，采用幾何校正方法進(jìn)行定位配準(zhǔn)， 實(shí)現(xiàn)與實(shí)測地形數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)；
[0008] (2)根據(jù)遙感圖像上的沙波紋理分布特征，確定沙波走向；
[0009] (3)添加若干垂直于沙波走向的檢測線；
[0010] ⑷將檢測線疊加于遙感圖像上，獲得檢測線位置上的遙感圖像像元的灰度值，經(jīng) 過歸一化處理得到檢測線的遙感圖像歸一化灰度剖面線；
[0011] (5)基于歸一化灰度剖面線進(jìn)行相對水深計(jì)算，獲得相對水深；
[0012] (6)選取兩個(gè)不同位置的實(shí)測水深點(diǎn)數(shù)據(jù)，對相對水深進(jìn)行水深控制轉(zhuǎn)換，獲得測 量水深；
[0013] (7)重復(fù)步驟（4)至步驟（6)，完成全部檢測線上的水深測量，獲得整個(gè)沙波的水 株?目息。
[0014] 作為優(yōu)選，所述步驟（2)中確定沙波走向，根據(jù)遙感圖像上沙波紋理分布特征，亮 暗條紋相接處為沙波波脊線的位置，根據(jù)亮暗條紋的分布特征確定沙波的走向。
[0015] 作為優(yōu)選，所述步驟（3)中添加若干垂直于沙波走向的檢測線，檢測線的間距為 3-5倍的遙感圖像像元大小。
[0016] 作為優(yōu)選，所述步驟（4)中歸一化處理方法為：
[0017] (41)通過比較和計(jì)算獲得該檢測線上所有像元灰度值的平均值（DNa)、最大值 (DN max)和最小值（DNmin);
[0018] (42)計(jì)算任意像元點(diǎn)的歸一化像元值，計(jì)算公式如下：
[0019]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用遙感圖像測量沙波水深的方法，其特征在于其包括以下步驟： (1) 通過遙感器獲取含有沙波信息的遙感圖像，采用幾何校正方法進(jìn)行定位配準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn) 與實(shí)測地形數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)； (2) 根據(jù)遙感圖像上的沙波紋理分布特征，確定沙波走向； (3) 添加若干垂直于沙波走向的檢測線； (4) 將檢測線疊加于遙感圖像上，獲得檢測線位置上的遙感圖像像元的灰度值，經(jīng)過歸 一化處理得到檢測線的遙感圖像歸一化灰度剖面線； (5) 基于歸一化灰度剖面線進(jìn)行相對水深計(jì)算，獲得相對水深； (6) 選取兩個(gè)不同位置的實(shí)測水深點(diǎn)數(shù)據(jù)，對相對水深進(jìn)行水深控制轉(zhuǎn)換，獲得測量水 株； (7) 重復(fù)步驟（4)至步驟（6)，完成全部檢測線上的水深測量，獲得整個(gè)沙波的水深信 息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用遙感圖像測量沙波水深的方法，其特征在于：所述 步驟（2)中確定沙波走向，根據(jù)遙感圖像上沙波紋理分布特征，亮暗條紋相接處為沙波波 脊線的位置，根據(jù)亮暗條紋的分布特征確定沙波的走向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用遙感圖像測量沙波水深的方法，其特征在于：所述 步驟（3)中添加若干垂直于沙波走向的檢測線，檢測線的間距為3-5倍的遙感圖像像元大 小。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用遙感圖像測量沙波水深的方法，其特征在于：所述 步驟（4)中歸一化處理方法為： (41) 通過比較和計(jì)算獲得該檢測線上所有像元灰度值的平均值（DNa)、最大值（DN_) 和最小值（DNmin); (42) 計(jì)算任意像元點(diǎn)的歸一化像元值，計(jì)算公式如下：
其中DN為原像元灰度值，DNnOTS歸一化后像元灰度值，范圍為-1. 0?1. 0。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用遙感圖像測量沙波水深的方法，其特征在于：所述 步驟（5)中相對水深的計(jì)算方法如下： (51) 從歸一化灰度剖面線的第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)開始，設(shè)其數(shù)值為0,即ri= 0 ; (52) 計(jì)算第2個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的相對水深值1*2，其值為第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的相對水深值（ri)和歸 一化灰度剖面線的第2個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)值（DN2)的和，即r2=ri+DN2; (53) 根據(jù)步驟（52)，第n個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的相對水深值（rn)為第n-1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的相對水深值 (rj和第n個(gè)歸一化灰度剖面線數(shù)據(jù)點(diǎn)值（DNn)的和，即，直到完成全部數(shù)據(jù) 點(diǎn)的相對水深計(jì)算。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用遙感圖像測量沙波水深的方法，其特征在于：所述 步驟（6)中，檢測兩個(gè)不同點(diǎn)的實(shí)測水深數(shù)據(jù)作為實(shí)測控制水深，對相對水深進(jìn)行線性轉(zhuǎn) 換，所述線性轉(zhuǎn)換方法為： (61)獲得兩個(gè)不同點(diǎn)的相對水深數(shù)據(jù)rdPr2作為相對控制水深； (62) 檢測獲得與巧和r2相同位置的實(shí)測水深值d:和d2作為實(shí)測控制水深； (63) 將任意位置的相對水深值rn轉(zhuǎn)換為絕對水深值dn，轉(zhuǎn)換方式如下：
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用遙感圖像測量沙波水深的方法，其特征在于：所述 選取的控制水深數(shù)據(jù)屯為沙波波峰處的水深數(shù)據(jù)，r2、d2為沙波波谷處的水深數(shù)據(jù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用遙感圖像測量沙波水深的方法，其特征在于：步驟 (7)中重復(fù)步驟（4)至步驟（6)，完成全部檢測線上的水深測量，進(jìn)行合并處理，獲得整個(gè)沙 波的水深信息。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種新的利用遙感圖像測量淺海沙波水深的方法，利用淺海沙波地形在遙感圖像中呈現(xiàn)的亮暗條紋特征信息及其空間位置與強(qiáng)度與沙波水深的定量關(guān)系，測量淺海沙波水深。本發(fā)明針對廣泛分布的淺海沙波區(qū)的地形變化監(jiān)測需求，利用遙感技術(shù)方法的大范圍覆蓋和高頻率重訪的能力，基于遙感圖像中所包含的因沙波地形對水體流場和海面粗超度的調(diào)制而在呈現(xiàn)的亮暗條紋特征，包括亮暗條紋的強(qiáng)弱及其空間分布特征，對遙感圖像的灰度數(shù)據(jù)進(jìn)行定量處理，并利用少量的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，獲得沙波水深信息，用于淺海水下地形動態(tài)變化監(jiān)測，是遙感信息技術(shù)用于淺海水深測量的一項(xiàng)創(chuàng)新，具有極大的實(shí)用價(jià)值。
【IPC分類】G01B11-22
【公開號】CN104613893
【申請?zhí)枴緾N201510066515
【發(fā)明人】張華國, 傅斌, 厲冬玲, 史愛琴, 樓琇林
【申請人】國家海洋局第二海洋研究所
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月9日