基于变分的厦门海域水边线遥感提取及应用研究

摘要

水边线特指由遥感手段记录的不停涨落的海洋水体与陆地的瞬时交接线。作为海岸带测绘、自然灾害监测和动态变化趋势研究的一项重要基础工作，水边线可用于海水漫滩运动监测、潮间带地形(高程)推算、海岸线测量、岛屿(岛礁)检测和海岸泥沙冲淤分析，其分析技术和应用在海洋科学研究、生产活动和国防建设上都具有十分重要的意义。
　　本文以光学遥感影像为数据源，基于活动轮廓模型的图像分割技术为研究基础，建立基于光谱特征和边缘特征的水边线提取模型，解决弱边界条件下水边线提取的难题;在基于光谱特征和边缘特征的水边线提取模型的基础上，建立带先验知识约束的水边线提取模型，解决复杂天气条件下，受云层部分遮挡情况下水边线提取的难题。利用水边线，解决厦门海域潮间带地形资料缺失的问题，建立厦门海域潮汐漫滩数值模式。
　　本文主要研究工作和成果如下:
　　(1)基于光谱特征和边缘特征的水边线提取模型。研究弱边界条件下水边线提取的难题。以测地线活动轮廓模型为主要研究对象，分析其应用于水边线提取时存在的不足，通过提取水边线的边缘特征和水体的光谱特征，建立联合光谱特征和边缘特征的水边线提取模型，该模型保留了测地线活动轮廓模型提取水边线达到亚像素精度的优点，并在提高水陆边界清晰条件下水边线提取的精度和效率的同时，有效解决活动轮廓线在弱边缘处出现泄漏的难题。
　　(2)先验知识约束的水边线提取模型。研究复杂天气条件下，受云层部分遮挡情况下水边线提取的难题。提出采用历史水边线轮廓作为先验形状，采集目标多时相历史水边线作为训练样本，定义先验形状约束项，并引入到活动轮廓模型中，建立先验知识约束的水边线提取模型。该模型在轮廓线演化过程中，测量演化曲线与先验形状的相似程度，在先验形状约束项的作用下，基于光谱特征、边缘特征和先验形状，通过曲线演化提取云层部分遮挡情况下的水边线。
　　(3)水边线在近岸海洋水文数值预报中应用。研究潮间带地形获取的问题。对潮滩的时空特性进行了分析，并讨论了潮滩地形的遥感测量方法，从不同的评价指标对各种方法进行了对比分析。分析结果表明，遥感水边线法是一种有效的潮滩地形测量方法。应用该方法，利用提取的多时相水边线，推算厦门海域潮间带地形，弥补海图资料上潮间带地形资料的空白，并使用这些潮间带地形资料和海图资料生成厦门海域高分辨率潮汐漫滩数值计算所需要的网格点资料，建立厦门海域潮汐漫滩数值模式，并进行预报检验。

目录

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摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状与进展

1．2．1 水边线遥感提取技术研究进展

1．2．2 近岸海域潮汐潮流预报技术研究进展

1．2．3 本文研究问曩的提出

1．3 研究目标与研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

1．4 论文组织结构

第2章 研究区域、数据资料与相关数学基础

2．1 研究区域

2．2 数据资料

2．2．1 Landsat和Spot

2．2．2 海图和验潮站数据

2．3 相关数学基础

2．3．1 变分方法

2．3．2 参数估计

2．4 本章小结

第3章 基于光谱特征和边缘特征的水边线提取模型

3．2．1 曲线演化理论与水平集方法

3．2．2 基于变分分割的模型

3．3 基于光谱特征和边缘特征的水边线提取

3．3．1 水体类光谱特征概率密度函数的估计

3．3．2 水边线提取模型

3．3．3 数值方法

3．3．4 水边线提取实验与分析

3．4 本章小结

4．1 引言

4．2 自适应各向异性扩散滤波

4．3 多光谱梯度的提取

4．4 先验形状约束的引入

4．4．1 先验形状的表示

4．4．2 先验形状变化模式分析

4．5 先验形状约束下的水边线提取模型

4．5．1 水边线提取模型

4．5．2 数值方法

4．5．3 实验与分析

4．6 本章小结

5．1 引言

5．2 潮滩的时空特性

5．2．1 空间特性

5．2．2 时间特性

5．3 潮滩地形测量的方法

5．3．1 常规测量方法

5．3．2 遥感测量方法

5．3．3 测量方法比较

5．4 厦门海域潮间带地形生成

5．4．1 水边线提取

5．4．2 水边线高程赋值

5．4．3 潮间带地形推算

5．5 本章小结

第6章 厦门海域遥感水边线在潮汐漫滩数值计算中的应用

6．1 引言

6．2 厦门海域潮汐漫滩数值计算

6．2．1 模式的基本方程和数值方法

6．2．2 模式设置

6．2．3 天文潮数值模拟

6．2．4 潮位计算检验

6．2．5 漫滩预报

6．3 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 主要研究结论

7．2 主要创新点

7．3 问置与展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢