长江口淤泥质潮滩高程遥感定量反演及冲淤演变分析

摘要

淤泥质潮滩作为陆海相互作用的敏感地带，滩面泥泞、潮沟密布、变化频繁，常规地形测量难度较大。由于淤泥质潮滩具有一些能被可见光和近红外传感器探测到的特征，所以遥感技术为其地形信息提取和定量反演提供了广阔的前景。 本论文首先利用多时相卫星影像资料及海图资料，结合实地调查完成了上海市不同时期的滩涂资源解译工作，统计结果为探明上海市滩涂资源总量及其变化规律提供了科学依据。 利用遥感水边线方法和数值模型建立淤泥质潮滩的数字高程模型(DEM)。作者在分析长江口区不同浓度水体与背景地物光谱特征的基础上，利用多时相卫星遥感影像，采用决策树方法及区域增长算法提取水边线信息，提高了水边线提取效率和精度。利用国际上成熟的水动力数值模型(Delft-3D)模拟卫星过境时刻的潮位。最后，对具有高程值的水边线系列利用不规则三角网(TIN)完成插值，生成潮滩的数字高程模型。将得到的初始高程模型输入水动力模型，细化原来的地形条件重复运行模型，并将模型结果与水边线提取结果对比，进一步微调潮滩地形，直到模型模拟的水边线与卫星影像提取的水边线满足精度要求为止。作者以九段沙为主要研究对象，为消除潮滩冲淤变化的影响，选取相近年份的遥感数据为数据源，利用上述方法建立了不同时间段内的潮滩高程模型，并通过对比分析研究了长江口深水航道工程对九段沙冲淤演变的影响。 以多时相高分辨率航空影像为数据源，在分析潮滩的动力沉积、动力地貌和光谱信息特征的基础上，进行了崇明东滩潮沟信息的提取。根据上述的提取结果研究了Horton定律在崇明东滩潮沟系统中的适用条件，并利用Horton定律及分形分维理论从定量角度分析潮沟形态变化。利用水边线高程反演技术，结合实测潮沟宽深比资料实现了潮沟地形反演，使潮滩地形得到更精细的刻画。 利用大量的实测植被光谱及生态调查数据，利用主成份分析方法(PCA)分析了潮滩植被光谱信息与生态环境因子的关系，并以此为基础将植被覆盖度指数(FVC)、潮滩高程、潮沟等信息作为植被分类的辅助信息。在植被初次分类的基础上，构造模糊矩阵，根据辅助信息对不同植被类型的隶属关系对误分的像元进行二次分类，从而提高了潮滩植被分类的精度。 为了得到潮滩的沉积速率，本文利用不同年份的水边线位置和实测的高程剖面，计算了潮滩不同部位的多年平均沉积速率，并分析了潮滩冲淤的空间差异及影响因素。结合上述高程反演及平均冲淤速率计算结果，探讨崇明东滩高程及沉积速率之间的相互关系。根据植被信息提取结果，研究了崇明东滩植被对潮滩沉积速率的影响，同时根据野外实测光滩区及植被区的流速、流向及悬沙浓度特征进一步研究了植被对潮滩地貌演化的影响。论文最后探讨了空间可视化技术，利用地理信息系统三维可视化功能对潮滩地形及近岸潮位、流场模拟结果进行了虚拟表达，为海洋科学研究人员进行深入、综合分析提供了技术支持。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题依据和研究意义

1.1.1选题依据

1.1.2研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.2.3长江口研究的现状

1.3存在的问题

1.4本文的主要工作

1.5本论文的特色与创新

1.5论文主要框架

第二章海岸带滩涂资源遥感专题信息提取

2.1海岸带的基本概念

2.1.1岩岸

2.1.2沙岸

2.1.3淤泥质海岸

2.1.4珊瑚礁海岸

2.1.5红树林海岸

2.2淤泥质潮滩

2.2.1潮滩的潮位分带

2.2.2潮滩的地貌分带：

2.2.3潮滩、滩涂与湿地的区别

2.3长江口潮滩自然环境

2.3.1长江口潮滩自然地理特征

2.3.2长江口潮滩气象特征

2.3.3长江口潮滩水文特征

2.3.4长江口潮滩生物分布

2.3.5长江口滨岸湿地开发与利用现状

2.4上海市滩涂资源遥感信息提取

2.4.1概述

2.4.2上海滩涂资源提取与变化分析

2.4.3崇明东滩二十多年来滩涂资源遥感监测及分析

第三章水边线高程反演技术计算潮滩水平冲淤速率

3.1概述

3.2水边线高程反演技术

3.4本文方法

3.4.1数据源

3.4.2水边线信息提取

3.4.3水位改正

3.5潮滩水平冲淤速率计算

3.5.1崇明东滩冲淤速率计算

3.5.2九段沙冲淤速率计算

第四章利用遥感水边线方法及GIS技术计算潮滩沉积速率

4.1概述

4.2利用遥感方法计算潮滩沉积速率

4.3存在的主要问题

4.4崇明东滩沉积速率遥感反演

4.4.1研究资料

4.4.2水动力模型

4.4.3各高程基面转换

4.4.4水位模拟结果验证

4.4.5水位模拟结果及对应水边线提取结果

4.5潮滩三维地形模型的建立及冲淤分析

4.5.1水边线插值

4.5.2模型迭代

4.5.3精度分析

4.5.4冲淤初步分析

4.6九段沙冲淤速率遥感反演

4.6.1高程遥感反演技术

4.6.2结果分析

4.7北槽拦门沙冲淤速率计算及工程影响

4.7.1数据获取与研究流程

4.7.2应用结果分析

4.7.3结论

第五章淤泥质潮滩冲淤速率与植被关系探讨

5.1淤泥质潮滩植被信息提取

5.2植被信息提取方法

5.2.1实地光谱测定

5.2.2生态影响因子调查

5.2.3植被光谱信息

5.2.4测量光谱数据处理

5.2.5基于辅助信息的盐沼植被分类

5.2.6多源数据综合分类及精度检测

5.2.7主要结论

5.3植被对潮滩沉积速率的影响研究

5.3.1崇明东滩水文泥沙数据测量

5.3.2结果分析

5.3.3崇明东滩植被信息遥感提取

5.3.4崇明东滩冲淤与植被关系探讨

第六章潮滩潮沟遥感专题信息提取及其分形分维研究

6.1概述

6.1.1研究区域

6.1.2数据源和研究方法

6.2潮沟地形遥感高程反演技术

6.2.1潮沟地形反演技术

6.2.2资料来源

6.2.3崇明东滩地形流场及水位的3D虚拟表达

6.3主要结论

第七章结论与展望

7.1结论

7.2研究中存在的问题和下一步工作目标

参考文献

附录

致谢