一种利用遥感图像测量沙波水深的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种遥感技术应用和浅海地形监测领域，特别是一种利用遥感图像测 量沙波水深的方法。
【背景技术】
[0002] 海底地形测绘是探索和研宄海洋的第一步，是开发和保护海洋的首要条件，也是 现今海洋学研宄的迫切需求，对于掌握地形演化规律和特征都有十分重要的意义。在回声 测深仪发明之前，主要靠测深杆和测深锤来测量水深，测量精度较差。20世纪20年代回声 测深仪出现之后，现代意义上海图的绘制才得以实现。但早期的测深仪为单波束发射，一次 发射只能得到测量船正下方的水深，因而只能实现点、线测量，无法反映测线之间的地形地 貌。1970年代中期出现的多波束测深技术实现了带状测量（最大宽度可达水深的7倍），显 著提高了测深效率。尽管如此，限于测量周期长、人力消耗大和资金需求高等方面的劣势， 在地形高变化的浅海区域进行大范围的动态变化监测任务中，仅依赖多波束测深方法仍然 很难满足需求。遥感技术方法具有大范围覆盖和高频率重访的能力，在浅海水深测量方面 也发展了基于底质光谱反射的光学遥感测深方法和基于海面粗糙度调制的SAR和太阳耀 光遥感测深方法。但受水体环境和底质条件差异的限制，光学遥感测深方法仅适用于清洁 水体和甚浅水域，基本无法适用于沙波水深测量。SAR和太阳耀光遥感虽不受水体环境影 响，但现有的基于水动力调制模型的水深信息提取方法，需要一定的水体流场和风场等环 境参数的支持，计算过程复杂，且水深测量精度较低。从检索到的公开资料看，尚未有与本 发明完全一致的实现利用遥感图像测量浅海沙波水深的方法。
[0003] 本发明针对广泛分布的浅海沙波区的地形变化监测需求，利用遥感技术方法的大 范围覆盖和高频率重访的能力，基于遥感图像中所包含的因沙波地形对水体流场和海面粗 超度的调制而在呈现的亮暗条纹特征，包括亮暗条纹的强弱及其空间分布特征，对遥感图 像的灰度数据进行定量处理，并利用少量的实测数据进行转换处理，获得沙波水深信息，用 于浅海水下地形动态变化监测。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种新的利用遥感图像测量沙波水深的方法。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0006] 一种利用遥感图像测量沙波水深的方法，其特征在于其包括以下步骤：
[0007] (1)通过遥感器获取含有沙波信息的遥感图像，采用几何校正方法进行定位配准， 实现与实测地形数据的配准；
[0008] (2)根据遥感图像上的沙波纹理分布特征，确定沙波走向；
[0009] (3)添加若干垂直于沙波走向的检测线；
[0010] ⑷将检测线叠加于遥感图像上，获得检测线位置上的遥感图像像元的灰度值，经 过归一化处理得到检测线的遥感图像归一化灰度剖面线；
[0011] (5)基于归一化灰度剖面线进行相对水深计算，获得相对水深；
[0012] (6)选取两个不同位置的实测水深点数据，对相对水深进行水深控制转换，获得测 量水深；
[0013] (7)重复步骤（4)至步骤（6)，完成全部检测线上的水深测量，获得整个沙波的水 株?目息。
[0014] 作为优选，所述步骤（2)中确定沙波走向，根据遥感图像上沙波纹理分布特征，亮 暗条纹相接处为沙波波脊线的位置，根据亮暗条纹的分布特征确定沙波的走向。
[0015] 作为优选，所述步骤（3)中添加若干垂直于沙波走向的检测线，检测线的间距为 3-5倍的遥感图像像元大小。
[0016] 作为优选，所述步骤（4)中归一化处理方法为：
[0017] (41)通过比较和计算获得该检测线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)计算任意像元点的归一化像元值，计算公式如下：
[0019]
【主权项】
1. 一种利用遥感图像测量沙波水深的方法，其特征在于其包括以下步骤： (1) 通过遥感器获取含有沙波信息的遥感图像，采用几何校正方法进行定位配准，实现 与实测地形数据的配准； (2) 根据遥感图像上的沙波纹理分布特征，确定沙波走向； (3) 添加若干垂直于沙波走向的检测线； (4) 将检测线叠加于遥感图像上，获得检测线位置上的遥感图像像元的灰度值，经过归 一化处理得到检测线的遥感图像归一化灰度剖面线； (5) 基于归一化灰度剖面线进行相对水深计算，获得相对水深； (6) 选取两个不同位置的实测水深点数据，对相对水深进行水深控制转换，获得测量水 株； (7) 重复步骤（4)至步骤（6)，完成全部检测线上的水深测量，获得整个沙波的水深信 息。
2. 根据权利要求1所述的一种利用遥感图像测量沙波水深的方法，其特征在于：所述 步骤（2)中确定沙波走向，根据遥感图像上沙波纹理分布特征，亮暗条纹相接处为沙波波 脊线的位置，根据亮暗条纹的分布特征确定沙波的走向。
3. 根据权利要求1所述的一种利用遥感图像测量沙波水深的方法，其特征在于：所述 步骤（3)中添加若干垂直于沙波走向的检测线，检测线的间距为3-5倍的遥感图像像元大 小。
4. 根据权利要求1所述的一种利用遥感图像测量沙波水深的方法，其特征在于：所述 步骤（4)中归一化处理方法为： (41) 通过比较和计算获得该检测线上所有像元灰度值的平均值（DNa)、最大值（DN_) 和最小值（DNmin); (42) 计算任意像元点的归一化像元值，计算公式如下：
其中DN为原像元灰度值，DNnOTS归一化后像元灰度值，范围为-1. 0?1. 0。
5. 根据权利要求1所述的一种利用遥感图像测量沙波水深的方法，其特征在于：所述 步骤（5)中相对水深的计算方法如下： (51) 从归一化灰度剖面线的第一个数据点开始，设其数值为0,即ri= 0 ; (52) 计算第2个数据点的相对水深值1*2，其值为第一个数据点的相对水深值（ri)和归 一化灰度剖面线的第2个数据点数值（DN2)的和，即r2=ri+DN2; (53) 根据步骤（52)，第n个数据点的相对水深值（rn)为第n-1个数据点的相对水深值 (rj和第n个归一化灰度剖面线数据点值（DNn)的和，即，直到完成全部数据 点的相对水深计算。
6. 根据权利要求1所述的一种利用遥感图像测量沙波水深的方法，其特征在于：所述 步骤（6)中，检测两个不同点的实测水深数据作为实测控制水深，对相对水深进行线性转 换，所述线性转换方法为： (61)获得两个不同点的相对水深数据rdPr2作为相对控制水深； (62) 检测获得与巧和r2相同位置的实测水深值d:和d2作为实测控制水深； (63) 将任意位置的相对水深值rn转换为绝对水深值dn，转换方式如下：
7. 根据权利要求6所述的一种利用遥感图像测量沙波水深的方法，其特征在于：所述 选取的控制水深数据屯为沙波波峰处的水深数据，r2、d2为沙波波谷处的水深数据。
8. 根据权利要求1所述的一种利用遥感图像测量沙波水深的方法，其特征在于：步骤 (7)中重复步骤（4)至步骤（6)，完成全部检测线上的水深测量，进行合并处理，获得整个沙 波的水深信息。
【专利摘要】本发明提供了一种新的利用遥感图像测量浅海沙波水深的方法，利用浅海沙波地形在遥感图像中呈现的亮暗条纹特征信息及其空间位置与强度与沙波水深的定量关系，测量浅海沙波水深。本发明针对广泛分布的浅海沙波区的地形变化监测需求，利用遥感技术方法的大范围覆盖和高频率重访的能力，基于遥感图像中所包含的因沙波地形对水体流场和海面粗超度的调制而在呈现的亮暗条纹特征，包括亮暗条纹的强弱及其空间分布特征，对遥感图像的灰度数据进行定量处理，并利用少量的实测数据进行转换处理，获得沙波水深信息，用于浅海水下地形动态变化监测，是遥感信息技术用于浅海水深测量的一项创新，具有极大的实用价值。
【IPC分类】G01B11-22
【公开号】CN104613893
【申请号】CN201510066515
【发明人】张华国, 傅斌, 厉冬玲, 史爱琴, 楼琇林
【申请人】国家海洋局第二海洋研究所
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月9日