基于航空高光谱遥感的江岸稳定性评价方法、系统及设备与流程

1.本发明属于环境地质调查技术领域，具体涉及一种基于航空高光谱遥感的江岸稳定性评价方法、系统及设备。


背景技术：

2.目前，我国面临的生态地质环境问题获得高度重视，在国家提倡资源与环境并重的政策引导下，结合国家生态环境建设与保护的需求，我国开展了一系列以沿海地区、大江大河流域及部分生态地质环境“敏感区”为重点区域的生态地质环境调查工作。同时随着gis、遥感技术在地学领域的应用越来越普遍，其在区域生态地质环境的调查和评价的应用越来越广泛，特别是航空高光谱遥感的应用也呈上升趋势。
3.航空高光谱遥感可研究区域植被、地貌、土壤、岩石、水体、地质灾害等，为地质环境评价与地质灾害预测、土地利用与土地覆盖现状、水土流失调查研究、生态地质环境研究等提供技术支撑。高光谱影像具有光谱响应范围广，光谱分辨率高的特点，光谱信息可与图像信息有机结合，呈现为空间图像维和光谱维的影像立方体，在数据描述方面模型多，分析更加灵活。随着光谱分辨率的提高，地物目标的属性信息探测能力也逐渐增强。
4.因此，基于上述技术问题需要设计一种新的基于航空高光谱遥感的江岸稳定性评价方法、系统及设备。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于航空高光谱遥感的江岸稳定性评价方法、系统及设备。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种江岸稳定性评价方法，包括：
7.获取工作区域的航空高光谱遥感影像；
8.对航空高光谱遥感影像进行预处理；
9.对预处理后的航空高光谱影像划定江河岸段，划定方法采用目视解译；
10.根据地物光谱特征对岸线处地物进行精细分类；
11.对工作区划分网格并获取评价单元；
12.对评价网格单元进行叠加分析并打分；以及
13.对所有评价网格单元进行指标总和计算以划分区域。
14.进一步，所述获取工作区域的航空高光谱遥感影像的方法包括：
15.对工作区进行航空高光谱遥感测量，获取航空高光谱遥感影像。
16.进一步，所述对航空高光谱遥感影像进行预处理的方法包括：
17.对航空高光谱遥感影像进行反射率转换、几何精校正预处理。
18.进一步，所述对预处理后的航空高光谱影像进行目视解译的方法包括：
19.对预处理后的航空高光谱影像进行目视解译，划定江、河岸线岸段；
20.进一步，所述根据地物光谱特征对岸线处地物进行精细分类的方法包括：
21.所述精细分类包括：
22.岸线材质类型：自然岸段、抛石护坡岸段、人工土质围堰和人工工事江堤与河堤；
23.岸线植被类型：高大乔木林、中低灌木林、低矮灌木林、荒草地、竹林和裸土地；
24.滩涂湿地植被类型：灌木、芦苇、低矮杂草和水草；
25.进一步，所述对工作区划分网格并获取评价单元的方法包括：
26.以预设范围大小对工作区划分网格，并与岸线进行空间相交性判断，相交的单元为评价单元。
27.进一步，所述对评价网格单元进行叠加分析并打分的方法包括：
28.确定每一个评价单元的评价因子；
29.所述评价因子包括：岸线材质、岸前滩涂、岸前滩涂植被和岸后植被；
30.sum＝v1+v2+v3+v4；
31.其中，sum为评价单元总分；v1为岸线材质分值；v2为岸前滩涂分值；v3为岸前滩涂植被分值；v4为岸后植被分值。
32.进一步，所述对所有评价网格单元进行指标总和计算以划分区域的方法包括：
33.当同一评价单元中，同一因子有多种类型，该因子的总分值为：
[0034][0035]
其中，v为该因子的总分值；si为第i个类型的分值；pi为第i个类型地物的面积占比，以百分比表示；
[0036]
将所有打分的评价单元，按各自等级赋以对应的颜色花纹或图案，叠加在遥感影像图上。
[0037]
第二方面，本发明还提供一种江岸稳定性评价系统，包括：
[0038]
采集模块，获取工作区域的航空高光谱遥感影像；
[0039]
预处理模块，对航空高光谱遥感影像进行预处理；
[0040]
目视解译模块，对预处理后的航空高光谱影像划定江河岸段，划定方法采用目视解译；
[0041]
分类模块，根据地物光谱特征对岸线处地物进行精细分类；
[0042]
划分模块，对工作区划分网格并获取评价单元；
[0043]
打分模块，对评价网格单元进行叠加分析并打分；以及
[0044]
区域划分模块，对所有评价网格单元进行指标总和计算以划分区域。
[0045]
第三方面，本发明还提供一种江岸稳定性评价设备，包括：
[0046]
采集装置和服务器；
[0047]
所述采集装置适于采集工作区域的航空高光谱遥感影像；
[0048]
所述服务器适于接收航空高光谱遥感影像，并对航空高光谱遥感影像进行划分区域。
[0049]
本发明的有益效果是，本发明通过获取工作区域的航空高光谱遥感影像；对航空高光谱遥感影像进行预处理；对预处理后的航空高光谱影像划定江河岸段，划定方法采用
目视解译；根据地物光谱特征对岸线处地物进行精细分类；对工作区划分网格并获取评价单元；对评价网格单元进行叠加分析并打分；以及对所有评价网格单元进行指标总和计算以划分区域，实现了提高整体评价的速度和效率，便于形成一整套可操作性较强的工作流程，并进行推广和普及。
[0050]
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0051]
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0052]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0053]
图1是本发明中基于航空高光谱遥感的江岸稳定性评价方法的流程图；
[0054]
图2是本发明中在arcgis软件中每个评价单元的分值示意图；
[0055]
图3是本发明中成果示意图。
具体实施方式
[0056]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0057]
实施例1
[0058]
如图1-3所示，本实施例1提供了一种江岸稳定性评价方法，包括：获取工作区域的航空高光谱遥感影像；对航空高光谱遥感影像进行预处理；对预处理后的航空高光谱影像划定江(河)岸段，划定方法采用目视解译；根据地物光谱特征对岸线处地物进行精细分类；对工作区划分网格并获取评价单元；对评价网格单元进行叠加分析并打分；以及对所有评价网格单元进行指标总和计算以划分区域，实现了提高整体评价的速度和效率，便于形成一整套可操作性较强的工作流程，并进行推广和普及；地物精细分类、网格划分、多要素打分、指标总和计算、划分区域可以由软件程序自动完成。
[0059]
在本实施例中，所述获取工作区域的航空高光谱遥感影像的方法包括：根据相关标准，对工作区进行航空高光谱遥感测量，获取航空高光谱遥感影像；相关标准可以根据实际需求的精度、尺寸等参数进行设置。
[0060]
在本实施例中，所述对航空高光谱遥感影像进行预处理的方法包括：使用专业的遥感影像处理软件，对航空高光谱遥感影像进行反射率转换；使用专业的遥感影像处理软件，对反射率影像进行几何精校正，生成带平面投影的遥感影像。
[0061]
在本实施例中，所述对预处理后的航空高光谱影像划定江(河)岸段，划定方法为
目视解译的方法；在gis(地理信息系统)软件中，加预处理后的航空高光谱影像，进行目视解译，人工划定江(河)岸线岸段，只划出边界线条，岸段性质根据自动精细分类提取；所述岸段性质包括：岸线材质类型和地层土力学属性。
[0062]
江(河)岸线划定依据：一、自然岸线的划定：1、水陆接触线发育有灌木、人工林、天然林的，以接触线划为岸线；2、水陆接触线无灌木、人工林、天然林的，岸线向后推移，直至有人工土质围堰、人工工事堤坝、房屋建筑，或者向后推移直至发育有灌木、人工林、天然林、农田，只发育有芦苇、杂草、水草的滩涂忽略；二、人工岸线的划定：1、人工工事堤坝与江水直接接触的，以堤坝为岸线；2、人工工事堤坝与江水间有滩涂的，如果滩涂上未发育有灌木、且只发育有芦苇或杂草、水草的，以堤坝为岸线；3、人工工事堤坝与江水间有滩涂的，如果滩涂上发育有灌木，灌木与江水直接接触的、接触线划为岸线；灌木与江水间发育有滩涂、或滩涂上只发育有芦苇或杂草、水草的，以灌木与滩涂接触线划为岸线；4、人工土质围堰与江水直接接触的，以土质围堰为岸线；5、人工土质围堰与江水之间发育有滩涂的，并且滩涂上未发育有植被的，以土质围堰为岸线；6、人工土质围堰与江水之间发育有滩涂的，并且滩涂上未发育有植被的，只发育有芦苇或杂草、水草的，以土质围堰为岸线；7、人工土质围堰与江水之间发育有滩涂的，并且滩涂上发育有灌木、人工林、天然林的，以灌木、人工林、天然林与芦苇或杂草、水草的接触线划为岸线；8、自然岸线有人工抛石护坡的，以抛石与土质陆地接触线划为岸线。
[0063]
在本实施例中，所述根据地物光谱特征对岸线处地物进行精细分类的方法包括：所述精细分类包括：岩线植被类型：高大乔木林(阔叶林、针叶林、混杂林)、中低灌木林、低矮灌木林、荒草地、竹林和裸土地等；滩涂湿地植被类型：灌木、芦苇、低矮杂草和水草等；岸线材质类型：自然岸段、抛石护坡岸段、人工土质围堰和人工工事江(河)堤等。
[0064]
在本实施例中，所述对工作区划分网格并获取评价单元的方法包括：在gis(地理信息系统)软件中，以预设范围大小(例如100米乘100米)对工作区划分网格，并与岸线进行空间相交性判断，相交的单元为评价单元，其他未与岸线相交的网格全部删除，不参与评价。
[0065]
在本实施例中，所述对评价网格单元进行叠加分析并打分的方法包括：根据岸前滩涂、岸前滩涂植被类型、岸后植被类型、岸线材质类型、地层土力学属性等指标，对评价网格单元进行叠加分析，在gis软件支持下进行自动赋值并打分；评价指标的赋值与计算尽量在gis软件支持下进行，提高自动化程度和工作效率，避免人工计算带来的主观影响；
[0066]
岸线材质分为以下类型：天然基岩岸、水泥护坡堤坝、水泥护坡岸、抛石护坡岸、无护坡土质堤坝、人工土质围堰、天然土岸。各类型的分值如表1所示，分值按抗冲刷能力从高到低排列。
[0067]
表1岸线材质分值一览表
[0068]
[0069][0070]
岸前有滩涂发育，说明江水冲刷能力较弱，相对于无滩涂发育的岸线稳定性更好。岸前有滩涂，分值为1，无滩涂分值为零。
[0071]
岸前滩涂发育的植被分为三类：芦苇、杂草、水草、裸滩。分值按抗冲刷能力从高到低排列，详见表2。
[0072]
表2滩涂植被分值一览表
[0073][0074]
岸后植被分类以下几类：高大乔木林(阔叶林、针叶林、混杂林)、竹林、中低灌木林、低矮灌木林、耕地(荒草地)、裸土地。按根系发达程度、固土护坡作用从高到低排序，详见表3。
[0075]
表3岸后植被分值一览表
[0076][0077][0078]
确定每一个评价单元的评价因子；
[0079]
所述评价因子包括：岸线材质、岸前滩涂、岸前滩涂植被和岸后植被；
[0080]
sum＝v1+v2+v3+v4；
[0081]
其中，sum为评价单元总分；v1为岸线材质分值；v2为岸前滩涂分值；v3为岸前滩涂植被分值；v4为岸后植被分值。
[0082]
在本实施例中，所述对所有评价网格单元进行指标总和计算以划分区域的方法包
括：
[0083]
当同一评价单元中，同一因子有多种类型，该因子的总分值为：
[0084][0085]
其中，v为该因子的总分值；si为第i个类型的分值；pi为第i个类型地物的面积占比，以百分比表示；例如，一个单元网格中的滩涂上发育有芦苇和杂草，基中芦苇面积占比为80％，杂草面积占比为20％，则该因子的分植为：v＝3
×
0.8+2
×
0.2＝2.8。
[0086]
假设有水泥工事护坡的堤坝为相对稳定岸线(岸线材质因子分值为4，总分值为4)，假设天然裸露、且岸前无滩涂、岸后无植被的岸线为相对稳定性最差岸线(岸线材质因子分值为0，岸前滩涂因子分值为0，岸前滩涂植被因子分值为0，岸后植被因子分值为0，总分值为0)，将工作区内的岸线稳定性分为三级：相对稳定岸段(总分值大于或等于4)、相对稳定性一般岸段(总分值大于1且小于4)、相对稳定性较差岸段(总分值小于或等于1)；对所有评价网格单元进行指标总和计算，划分等级，划分为相对稳定区、稳定性一般区、稳定性较差区等分区；将所有打分的评价单元，按各自等级赋以对应的颜色花纹或图案，叠加在遥感影像图上，添加其他图饰要素如图名、图例、成图比例尺、责任签等，制用成成果图；在划分出稳定性较差区后，可以根据高光谱数据自动分类提取岸线附近的公路、民房、农田、工矿企业、港口等图斑，根据图斑经济价值、离岸线的远近等指标，进行岸线失稳危害性评价，进一步圈定危害性较大区域进行重点防治。
[0087]
在本实施例中，江岸稳定性评价方法主要利用岸线材质类型及岸前、岸后植被发育情况、岸前滩涂发育情况，对岸线稳定的辅助作用。整个评价过程人工干预很少，除了岸线的划定需要人工干预之外，其他所有步骤均可以在gis(地理信息系统)的支持下，编写脚本程序自动完成，提高了整体评价的速度和效率，便于形成一整套可操作性较强的工作流程，并进行推广和普及。
[0088]
实施例2
[0089]
在实施例1的基础上，本实施例2还提供一种江岸稳定性评价系统，包括：采集模块，获取工作区域的航空高光谱遥感影像；预处理模块，对航空高光谱遥感影像进行预处理；目视解译模块，对预处理后的航空高光谱影像划定江河岸段，划定方法采用目视解译；分类模块，根据地物光谱特征对岸线处地物进行精细分类；划分模块，对工作区划分网格并获取评价单元；打分模块，对评价网格单元进行叠加分析并打分；以及区域划分模块，对所有评价网格单元进行指标总和计算以划分区域。
[0090]
在本实施例中，各模块的功能在实施例1中已经详细描述，在本实施例中不再赘述。
[0091]
实施例3
[0092]
在实施例1的基础上，本实施例3还提供一种江岸稳定性评价设备，包括：采集装置和服务器；所述采集装置适于采集工作区域的航空高光谱遥感影像；所述服务器适于接收航空高光谱遥感影像，并对航空高光谱遥感影像进行划分区域。
[0093]
在本实施例中，所述服务器适于采用实施例1中江岸稳定性评价方法，并对航空高
光谱遥感影像进行划分区域。
[0094]
综上所述，本发明通过获取工作区域的航空高光谱遥感影像；对航空高光谱遥感影像进行预处理；对预处理后的航空高光谱影像划定江河岸段，划定方法采用目视解译；根据地物光谱特征对岸线处地物进行精细分类；对工作区划分网格并获取评价单元；对评价网格单元进行叠加分析并打分；以及对所有评价网格单元进行指标总和计算以划分区域，实现了，提高了整体评价的速度和效率，便于形成一整套可操作性较强的工作流程，并进行推广和普及。
[0095]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0096]
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
[0097]
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0098]
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。