专利名称：一种基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法
技术领域：
本发明属于遥感技术应用和海底地形测绘领域，具体是一种能够利用遥感图像中的沙波沙脊特征信息，如所希望那样对以间隔型测线方式获取的浅海沙波区多波束测深数据进行有效地形重构的方法。
背景技术：
海底地形测绘是探索和研究海洋的第一步，是开发和保护海洋的首要条件，也是现今海洋学研究的迫切需求。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，在大范围浅海地形测量任务中，限于测量周期长、人力消耗大和资金需求高等方面的劣势，多波束测深仍然通常采用间隔型测线方式进行，获得的水深数据呈条带状分布，可用于大范围浅海地形地貌特征统计分析。要构建全覆盖的浅海地形(数字高程模型，DEM)，须通过反距离权重法、Kriging插值法和样条插值法等空间数据插值方法等空间插值方法实现。但由于条带状多波束测深数据的不连续性，仅通过上述空间插值方法无法构建连续的浅海地形。本发明针对广泛分布的浅海沙波地形分布区地形测绘的需求，将遥感图像特征信息引入浅海地形测绘的多波束测深数据处理中，利用遥感图像上的沙波纹理和沙波波脊等地形分布规律信息控制地形重构处理，提高多波束测深地形重构精度。
发明内容
本发明的目的是提供了一种新的基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法。本发明通过以下技术方案实现:
一种基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法，其特征在于其包括以下步骤:
(1)获得多波束测深数据覆盖区域的遥感图像，采用几何校正方法进行遥感图像定位配准，实现与多波束测深数据空间基本配准；
(2)根据遥感图像上沙波纹理分布特征，提取沙波波脊线；
(3 )评估多波束测深数据点的分布密度，在没有多波束测深数据分布的区域均匀生成一定数量的辅助点；
(4)将每两条相邻的沙波波脊线之间的区域划分为若干个子区；
(5)为每个辅助点估算水深值；(6)将辅助点的水深值和多波束测深数据点水深值一起进行空间插值，获得工作区沙波地形数字高程模型，完成浅海沙波地形重构。所述的一种基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法，其特征在于步骤(2)中遥感图像上亮暗条纹相接处为沙波波脊线的位置，据此采用人机交互方法绘制相应的沙波波脊线。所述的一种基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法，其特征在于步骤(3)中所述辅助点的分布密度与多波束测深数据的分布密度基本一致，辅助点的位置采用均匀分布法生成:首先以多波束测深数据的间隔大小r为网格大小建立覆盖工作区域的网格，将网格中心点作为辅助点的位置，将与已有多波束测深数据点的距离小于r的辅助点删除，剩下的即为所需的辅助点。所述的一种基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法，其特征在于步骤(4)中将每两条相邻的沙波波脊线之间的区域划分为4一 10个子区。所述的一种基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法，其特征在于步骤(4)中子区划分采用欧几里德距离均分法，操作步骤如下:1)首先在基本垂直于沙波波脊线的方向上，均匀设置一定数量的直线辅助线，辅助线的间距设为多波束测深点间隔r的5-10倍；2)根据辅助线与沙波波脊线的交叉点，计算中心点位置，将所有辅助线上的中心点连起来就得到第一次划分的划分线，实现将沙波波脊线之间的区域划分为两个子区；3)继续用2)中所述的方法得到第一次划分线与沙波波脊线之间的划分线，依次划分，直到满足子区划分的要求。所述的一种基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法，其特征在于步骤(5)中以步骤(3)中添加的每个辅助点为圆心、以多波束测线间距L为半径设置搜索范围，在该辅助点所在的步骤(4)所划分的子区内搜索多波束测深数据点，采用反距离权重法确定该辅助点的水深值，即把搜索到的多波束测深数据点的水深值以距离平方的倒数为权重值叠加给该辅助点，叠加公式为:
权利要求
1.一种基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法，其特征在于其包括以下步骤: (1)获得多波束测深数据覆盖区域的遥感图像，采用几何校正方法进行遥感图像定位配准，实现与多波束测深数据空间基本配准； (2)根据遥感图像上沙波纹理分布特征，提取沙波波脊线； (3 )评估多波束测深数据点的分布密度，在没有多波束测深数据分布的区域均匀生成一定数量的辅助点； (4)将每两条相邻的沙波波脊线之间的区域划分为若干个子区； (5)为每个辅助点估算水深值； (6)将辅助点的水深值和多波束测深数据点水深值一起进行空间插值，获得工作区沙波地形数字高程模型，完成浅海沙波地形重构。
2.如权利要求1所述的一种基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法，其特征在于步骤(2)中遥感图像上亮暗条纹相接处为沙波波脊线的位置，据此采用人机交互方法绘制相应的沙波波脊线。
3.如权利要求1所述的一种基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法，其特征在于步骤(3)中所述辅助点的分布密度与多波束测深数据的分布密度基本一致，辅助点的位置采用均匀分布法生成:首先以多波束测深数据的间隔大小r为网格大小建立覆盖工作区域的网格，将网格中心点作为辅助点的位置，将与已有多波束测深数据点的距离小于r的辅助点删除，剩下的即为所需的辅助点。
4.如权利要求1所述的一种基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法，其特征在于步骤(4)中将每两条相邻的沙波波脊线之间的区域划分为4一 10个子区。
5.如权利要求1所述的一种基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法，其特征在于步骤(4)中子区划分采用欧几里德距离均分法，操作步骤如下:1)首先在基本垂直于沙波波脊线的方向上，均匀设置一定数量的直线辅助线，辅助线的间距设为多波束测深点间隔r的5-10倍；2)根据辅助线与沙波波脊线的交叉点，计算中心点位置，将所有辅助线上的中心点连起来就得到第一次划分的划分线，实现将沙波波脊线之间的区域划分为两个子区；3)继续用2)中所述的方法得到第一次划分线与沙波波脊线之间的划分线，依次划分，直到满足子区划分的要求。
6.如权利要求1所述的一种基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法，其特征在于步骤(5)中以步骤(3)中添加的每个辅助点为圆心、以多波束测线间距L为半径设置搜索范围，在该辅助点所在的步骤(4)所划分的子区内搜索多波束测深数据点，采用反距离权重法确定该辅助点的水深值，即把搜索到的多波束测深数据点的水深值以距离平方的倒数为权重值叠加给该辅助点，叠加公式为:
7.如权利要求1所述的一种基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法，其特征在于步骤(6)中将通过步骤(5)完成水深值估算的辅助点和工作区内的多波束测深数据一起进行水深数据空间插值计算，构建连续的栅格化浅海地形数字高程模型DEM。
全文摘要
本发明提供了一种新的基于遥感图像特征的浅海沙波区多波束测深地形重构方法，利用浅海沙波地形在遥感图像中呈现的特征信息(沙波波纹和波脊)和沙波地形分布规律，对以间隔型测线方式获得的多波束测深数据进行地形重构，从而获得完整的沙波地形信息。本发明针对广泛分布的浅海沙波地形区域的地形测绘需求，将遥感图像中的沙波纹理和沙波波脊线作为一个参考控制信息引入多波束测深数据地形重构中，可实现由间隔型测线方式获得的多波束测深数据重构高精度的浅海沙波区域地形，是遥感信息技术和多波束测深技术交叉应用方面的一项创新，具有极大的实用价值。
文档编号G01C13/00GK103148842SQ20131004301
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者张华国, 傅斌, 何谢锴, 史爱琴, 王隽, 王小珍, 厉冬玲 申请人:国家海洋局第二海洋研究所