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国土资源遥感  2021, Vol. 33 Issue (1): 38-44    DOI: 10.6046/gtzyyg.2019337
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基于多算法水边线提取的潮滩DEM构建
李天祺(), 王建超, 吴芳, 赵政, 张文凯
中国自然资源航空物探遥感中心,北京 100083
Construction of tidal flat DEM based on multi-algorithm waterline extraction
LI Tianqi(), WANG Jianchao, WU Fang, ZHAO Zheng, ZHANG Wenkai
China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Natural Resources, Beijing 100083, China
全文: PDF(4902 KB)   HTML  
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摘要 

遥感水边线法构建潮滩数字高程模型(digital elevation model,DEM)是获取大范围淤泥质潮滩地形的有效途径,准确提取水边线是潮滩DEM构建的关键。受潮情及滩面的影响,不同影像中的水边线在光谱与纹理上差异较大,单一方法难以准确地提取水边线。鉴于此,本文提出一种基于多算法水边线提取的潮滩DEM构建方法。根据瞬时潮情对多期水边线进行分类,应用边缘检测、阈值分割、面向对象分割与改进分水岭方法对不同类型水边线分别提取,通过对潮汐数据多项式插值计算水边线的瞬时潮位,构建潮滩DEM。本文以莱州湾西侧潮滩为研究区,利用多期GF-1 WFV影像与验潮站潮汐数据构建潮滩DEM。通过野外实测高程对DEM反演结果进行精度评价,反演值与实测值相关性较高,R2=0.86,误差分布在0.31~0.78 m之间,中误差为0.17 m。结果表明,基于多算法水边线提取的潮滩DEM构建可以有效地获取潮滩近似地形。

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李天祺
王建超
吴芳
赵政
张文凯
关键词 水边线提取淤泥质潮滩数字高程模型分水岭算法    
Abstract

The waterline method is an effective way to obtain a large area of silty tidal flat terrain. Accurate extraction of the waterline is the key to the construction of the tidal flat digital elevation model (DEM). Affected by the tidal conditions and the surface of the tidal flat, the waterlines in different satellite images have large differences in spectrum and texture. It is difficult to extract waterlines accurately using a single method. In this paper, a tidal flat DEM construction method based on multi-algorithm waterline extraction is proposed. The waterlines are classified into four categories according to the tide conditions and are extracted by edge detection, threshold segmentation, object-based segmentation, and improved watershed algorithm respectively. Then, combined with the instantaneous tide level of waterlines, the tidal flat DEM is constructed. In this paper, the method was verified using Laizhou Bay as the research area. There was a high correlation between the inversion elevation and the measured elevation, R 2=0.86, and relative error was between 0.31~0.78 m. It is shown that the method in this paper can effectively obtain the approximate topography of the tidal flat.

Key wordswaterline extraction    silty tidal flat    digital elevation model    watershed algorithm
收稿日期: 2019-12-20      出版日期: 2021-03-18
ZTFLH:  TP79  
基金资助:中国地质调查局地质调查项目“长江上游重大区航空遥感地质调查”资助(DD20190514)
作者简介: 李天祺(1990-),男,工程师,主要从事遥感图像分类等方面研究。Email: 790396117@qq.com
引用本文:   
李天祺, 王建超, 吴芳, 赵政, 张文凯. 基于多算法水边线提取的潮滩DEM构建[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(1): 38-44.
LI Tianqi, WANG Jianchao, WU Fang, ZHAO Zheng, ZHANG Wenkai. Construction of tidal flat DEM based on multi-algorithm waterline extraction. Remote Sensing for Land & Resources, 2021, 33(1): 38-44.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2019337      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2021/V33/I1/38
Fig.1  研究区地理位置
Fig.2  分类规则
(图中H(10),H(11)和H(12)分别为潮汐表中每日10时、11时和12时的潮位值, H为多期(2—7月)潮位数据在11时与12时的平均值)
单一滩面弱
边缘水边线
复杂滩面弱
边缘水边线
单一滩面强
边缘水边线
复杂滩面强
边缘水边线
20170303 20170223 20170429 20170227
20170417 20170310 20170528 20170315
20170421 20170507 20170531 20170609
20170430 20170713 20170626
20170520 20170712
20170617
Tab.1  水边线分类结果
Fig.3  基于Canny边缘检测的水边线提取结果
Fig.4  基于NDWI阈值分割的水边线提取结果
Fig.5  基于面向对象分割的水边线提取结果
Fig.6  改进分水岭算法流程
Fig.7  基于改进分水岭的水边线提取结果
影像时间 瞬时潮位 影像时间 瞬时潮位
20170223 147.59 20170507 154.99
20170227 179.05 20170520 71.92
20170303 68.87 20170528 100.99
20170310 185.85 20170531 54.04
20170315 123.82 20170609 154.58
20170417 67.65 20170617 56.98
20170421 89.44 20170626 113.50
20170429 93.90 20170712 109.10
20170430 80.81 20170713 105.41
Tab.2  水边线瞬时潮位
Fig.8  水边线选用结果
Fig.9  潮滩DEM反演结果
Fig.10  验证点分布
Fig.11  相关性分析
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