基于高光谱数据的海岸带水体及环境要素监测研究

摘要

遥感的快速发展和广泛应用是上世纪最具标志性的科技成就之一，其中尤其以雷达和高光谱成像为其中的佼佼者。高光谱遥感为我们提供更为丰富的地表信息，其处理方法已经成为遥感图象处理领域的研究热点，无论在军事应用还是在民用上都积极的发挥着作用。因此，研究如何充分利用高光谱数据的波谱信息，具有重要的理论和实际应用意义。
　　本文就其中几个重要的方面进行研究，包括典型目标检测、泥沙分析及反演和近海岸环境要素管理系统。首先介绍了高光谱遥感的发展现状，简要介绍了国外发达国家成像光谱仪的发展和高光谱遥感技术的进步；然后对水体悬浮泥沙的研究现状和高光谱图像目标识别进行了初步的总结和概述，为后面章节的水域泥沙反演和目标识别做铺垫。
　　目标检测是近海岸监测的重要组成部分。在传统的高光谱图像检测中，通常只采用光谱信息进行检测。本文针对这一现状，对同时采用空间和光谱信息的高光谱图像检测方法做了研究。其主要思想是利用数学形态学对高光谱图像的空间特征进行提取，再与原始光谱数据结合进行目标检测。实验表明在保持检测率的情况下大大降低了虚警率。
　　本文接下来利用Hyperion高光谱影像和TM影像，对武汉地区的水域进行泥沙反演。提取水域尝试了波段阈值法、谱间关系法和水体指数法，经过比较选择采用水体指数法。泥沙反演是在前人研究的基础上，采用泥沙指数法对泥沙含量进行反演，通过资料记载的该区域的泥沙分布情况，对反演结果进行比对。从比较的结果可以看出，泥沙指数法反演的结果，能够客观的反演泥沙含量的分布。
　　为了对近海岸要素进行管理，本文设计了一套基于GIS的近海岸环境要素信息管理系统。利用ArcEngine这一成熟的组件产品，将经过自动目标检测的图像加载至本系统中，通过人机交互的方式对目标进行手工勾画，并对该目标的属性信息进行描述，从而建立近海环境目标数据库，为军事和民用提供必要的知识库。
　　本文就近海岸典型目标检测、泥沙分析及反演、环境要素管理系统展开研究，为构建整个对地观测系统奠定基础。

目录

基于高光谱数据的海岸带水体及环境要素监测研究

RESEARCH ON MONITORING FOR WATER BODY AND ENVIRONMENTAL ELEMENTS OF COASTAL ZONE BASED ON HYPERSPECTRAL DATA

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外在该方向上的研究现状和分析

1.2.1 高光谱遥感的发展现状

1.2.2 水体悬浮泥沙研究现状

1.3 高光谱图像目标识别技术概述

1.4 论文主要研究内容和结构安排

第2章 空谱信息协同下的高光谱目标检测

2.1 基于光谱信息的高光谱目标检测

2.2 数学形态学及其应用

2.2.1 腐蚀与膨胀

2.2.2 二维空间的灰度腐蚀与膨胀

2.2.3 灰度值开运算和闭运算

2.2.4 重建开启与重建闭合

2.3 空间信息与光谱信息协同的目标检测

2.4 本章小结

第3章 水域泥沙反演

3.1 研究区域介绍

3.1.1 研究区域地理位置概况

3.1.2 研究区域数据介绍

3.2 水域提取

3.2.1 水的波谱反射特性

3.2.2 基于Hyperion高光谱影像的水域提取

3.2.3 基于TM影像的水域提取

3.2.4 水域的边界提取

3.3 泥沙反演

3.3.1 泥沙含量反演

3.3.2 泥沙反演的结果验证

3.3.3 泥沙反演的分割

3.4 本章小结

第4章 基于GIS的近海岸环境要素信息管理系统

4.1 系统设计

4.1.1 系统总体设计

4.1.2 功能需求

4.1.3 系统处理流程

4.2 系统管理子系统

4.2.1 子系类设计

4.2.2 子系统实现

4.3 浏览查询子系统

4.3.1 子系统类设计

4.3.2 子系统实现

4.4 图形管理子系统

4.4.1 子系统类设计

4.4.2 子系统实现

4.5 数据库设计

4.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢