基于遥感数据的水边线提取方法比较——以海南岛为例

海岸带是人类活动的重要区域,遥感技术因其优势被广泛应用于海岸带研究,而如何高效地从遥感影像中提取出高精度岸线是海岸带研究的重要问题。本文总结了国内外9种主要水边线提取方法的特点,采用目视解译、阈值分割法（NDWI、MNDWI和SMNDWI）、边缘检测算子法（Sobel、Roberts和Canny）3种最常用的方法提取了...     

基于对象及隶属规则的海岸水边线提取方法

以在分辨率、光谱成像能力等方面具有优势的Sentinel 2A为数据源,突破传统以像元为研究单元提取海岸水边线的思路,构建以像元聚类形成的语义单元为对象,获取决策分类规则后,基于隶属度及模糊函数获取海岸水边线位置的方法。结果表明,本文方法解决了传统分类方法在下垫面地物类型复杂条件下不易于采用传统分类方法提取海岸水边线的限制条件。基于面积法的距离准则线段匹配法和断面线距离分析方法应用于海岸水边线精度评价的结果显示,本文方法提取的海岸水边线位置与传统目视解译方法得到的海岸水边线位置在约85%的区域具有一致性,误差的集中区域表现在近岸和近海地物波谱相似处,如受水质水深、悬浮泥沙等影响的淤泥质潮滩处以及受人工海岸开发影响的近岸地区等,建议在这些地区结合目视解译的方法进行海岸水边线的位置修正,进而快速、准确地获取海岸线的真实位置信息,为海岸带生态环境保护、海岸带开发的合理规划和建设,以及经济与环境的科学协同发展提供技术支持。     

基于Sentinel-2A影像的杭州湾南岸湿地植被特征及其候鸟生境分析

互花米草的入侵与扩张占据了其他植物的生态位,在一定程度上,改变甚至破坏了滩涂景观,对原生生态系统造成了消极影响。利用2019-2021年Sentinel-2A影像,结合最大似然分类法与决策树分类法对杭州湾南岸互花米草等多种生境类型加以识别,并进一步讨论生境变迁对迁徙候鸟的影响。结果表明：（1）决策树分类法总体精度更高且细节信息更为丰富,但存在较为明显的漏分现象;（2） 2019-2021年互花米草分布范围不断扩大且空间分布愈发离散,严重侵占芦苇、光滩等生境的生态位,导致总体生境景观趋于破碎;（3）受互花米草入侵的影响,适宜鸻鹬类候鸟栖息的光滩与海三棱藨草生境面积锐减,整体生境状况愈发复杂多样,候鸟适宜生境面积呈明显减少趋势。     

基于Sentinel-2A和GF-1B遥感数据的海岸带水产养殖识别方法比较

近海水产养殖为人类提供优质的动物蛋白,对海洋经济高质量发展具有重要意义。卫星遥感技术已被广泛用于海岸带水产养殖的监测,但目前相关的研究聚焦基于单一传感器卫星数据并使用单一信息提取算法而忽略与不同卫星传感器以及处理方法之间的比较。本研究以北莉岛东北部为研究区,基于多光谱Sentinel 2A卫星和高分一号B（GF 1B）卫星数据,分别使用自适应阈值法、支持向量机监督分类法以及多尺度分割面向对象分类法,开展海岸带人工水产养殖区的识别。研究表明,更高空间分辨率的GF 1B卫星对人工水产养殖水网密集区的提取正确率远优于Sentinel 2A卫星;基于高空间分辨率GF 1B卫星,多尺度分割面向对象分类法的正确率最高,为94.65%,优于支持向量机监督分类法的94.45%和自适应阈值法的84.62%;自适应阈值法更适用于中等空间分辨率卫星数据的水产养殖信息提取,其提取的水产养殖水面的面积与目视解译提取的面积差异小于4%。针对单个养殖池使用情况的业务化监测需使用高空间分辨率卫星数据,而大范围水产养殖面积的变化分析则可应用中等空间分辨率卫星数据。     

基于Sentinel-2卫星影像的海南西岛珊瑚礁识别和变化分析

珊瑚礁是海洋中最重要的生态系统之一, 近年来在全球气候变化和人为干扰加剧的影响下, 我国南海珊瑚礁总体处于快速退化状态。以海南西岛珊瑚礁为例, 基于Sentinel-2系列卫星10 m空间分辨率影像, 利用面向对象分类法(object-based image analysis, OBIA)对2017年12月~2018年3月和2021年12月两个时期的海南西岛珊瑚礁底质进行了识别分类, 并进行珊瑚礁面积变化分析。将2021年12月的分类结果与现场调查数据进行对比验证, 总分类精度和Kappa系数分别为83.3%和0.71。对比两个时期珊瑚礁底质分类结果表明, 西岛西侧珊瑚礁覆盖面积未出现明显变化, 东侧珊瑚礁显示恢复趋势。本文研究表明, 10 m地面分辨率卫星系列影像和面向对象的阈值分类方法可以对海南西岛珊瑚礁进行较为准确的识别和变化分析, 监测结果可为海南岛沿岸西岛等小型岛礁珊瑚保护及修复提供参考。     

西施舌3个群体H2A基因和nad6-nad1片段序列比较研究

西施舌(Coelomactra antiquata)浮游幼虫EST序列拼接获得组蛋白H2A ORF及其两翼的非编码区,在ORF两翼设计引物Can-H2AF和Can-H2AR,扩增H2A基因片段;从nad6 3′端和nad1 5′端设计引物,扩增两基因区域DNA序列,测序并进行核苷酸序列差异分析,研究漳州西施舌分化水平。结果:共获得西施舌3个群体H2A基因606bp或616bp基因区DNA片段23条,检测到9种基因型(Gen)。西施舌漳州群体H2A基因AT含量(51.51%)高于日照、北海群体AT含量(50.58%);序列比对分析显示,简约信息位点占4.05%。基于H2A基因的漳州群体与日照/北海混合群体间遗传距离平均为0.044,漳州群体,混合群体内遗传距离分别为0.003和0.004,群体间与群体内遗传距离之比为11~14.7;AMOVA分析结果显示,漳州群体和混合群体间发生了极显著遗传分化(FST=0.937,P0.01)。从nad6~nad1片段中共检出7种单倍型(Hap),漳州群体与日照群体无共享单倍型,基于nad6~nad1的漳州群体与日照群体间遗传距离为0.199~0.202,群体间与群体内遗传距离之比50~66,两个群体间nad1多肽链一级结构存在极大差异,有9个位点的氨基酸不同,日照西施舌缺失6个氨基酸。线粒体DNA显示西施舌漳州与日照群体发生了明显的遗传分化。     

基于无人机高光谱的外来入侵种互花米草遥感监测方法研究——以黄河三角洲为研究区

互花米草(Spartina alterniflora)入侵性非常强,已被正式纳入我国第一批外来入侵物种名单。互花米草的疯狂蔓延已影响到当地土著物种的生长和空间分布,因此有关管理部门迫切需要互花米草的空间分布和扩散动态数据,但目前还没有一个有效的监测手段。针对这一需求,本文作者提出了基于无人机高光谱的外来入侵种互花米草遥感监测研究方案,拟以黄河三角洲为研究区,利用无人机高光谱遥感新型技术,分析不同情形下(不同生长状况、不同观测条件、不同环境条件等)互花米草的光谱特征,建立鲁棒的互花米草遥感检测模型,研究互花米草无人机高光谱图像高效获取方法,以实现互花米草的高效、准确监测,为亟需的外来入侵种互花米草业务化监测提供有效的技术手段。     

基于现场观测数据的HY-2A卫星有效波高校正研究

Significant wave height(SWH) can be computed from the returning waveform of radar altimeter, this parameter is only raw estimates if it does not calibrate. But accurate calibration is important for all applications, especially for climate studies. HY-2a altimeter has been operational since April 2012 and its products are available to the scientific community. In this work, SWH data from HY-2A altimeters are calibrated against in situ buoy data from the National Data Buoy Center(NDBC), Distinguished from previous calibration studies which generally regarded buoy data as "truth", the work of calibration for HY-2A altimeter wave data against in situ buoys was applied a more sophisticated statistical technique—the total least squares(TLS) method which can take into account errors in both variables. We present calibration results for HY-2A radar altimeter measurement of wave height against NDBC buoys. In addition, cross-calibration for HY-2A and Jason-2 wave data are talked over and the result is given.     

基于HJ-1A/1B的2014年黄海海域浒苔灾害时空分布

自2007年以来, 黄海海域每年的5月初～8月中下旬浒苔(Ulva prolifera)会周期性地暴发与消亡,导致海洋生态环境被破坏以及经济损失。利用2014 年的HJ-1A/1B遥感影像, 利用神经网络监督分类及RULE规则影像重分类动态阈值法, 对2014年的浒苔的漂移路径、各时期影响的海域面积、分布面积以及暴发高峰期的最大面积进行了动态监测。结果表明, 2014年浒苔持续时间为101 d, 5月中旬开始在江苏省盐城市近海出现零星斑点, 分布面积为2.299 km², 影响面积为1 744.799 km²; 6月初到6月中旬浒苔广泛分布于黄海海域, 分布面积扩大至1 367.145 km², 达到当年的峰值; 从6月下旬开始, 浒苔进入衰退期, 浒苔分布面积、相对聚集密度均急剧缩小, 但影响面积的峰值出现在该时期; 8月初消亡于青岛附近海岸, 8月20日遥感影像已难以监测到浒苔的存在。2014年黄海海域浒苔经过了“出现—发展—暴发—衰退—消亡”5个发展阶段。     

基于SBAS-InSAR技术的填海造陆区地表形变监测与分析——以天津港为例

为了探究SBAS-InSAR技术在海岸带填海造陆区形变监测的适用性,本文基于28景Sentinel-1A影像,利用SBASIn SAR技术获取了天津港填海造陆区2018年1月至2019年11月的地表形变信息,揭示天津港填海造陆区的地表形变特征,并分析了沉降速率与填海造陆的时间、土地利用类型的关系。结果表明：天津港填海造陆区具有沉降速率范围跨度大、不均匀沉降和含多个沉降漏斗等特点,沉降速率范围为-74.9～19.7 mm/a;沉降速率与填海造陆时间成反比,早期填海造陆区沉降速率较小,新填海造陆区沉降速率较大;不同土地利用类型的沉降速率差异大。该研究验证了SBAS-InSAR技术在填海造陆区形变监测应用的可行性,为海岸带、海岛礁、滩涂等沿海地区地面沉降的监测与分析提供了思路。     

海岸水边线提取方法在GF-2卫星影像中的适应性研究

准确提取海岸水边线是海岸线变迁研究中必不可少的基本工作。本文以海南省陵水黎族自治县2016年的GF-2影像为数据源,在大气校正和正射校正等预处理的基础上,结合数学形态学处理等方法,采用NDWI (Normalized Difference Water Index)阈值法、ISOADTA (Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique Algorithm)、SVM (Support Vector Machine)和面向对象法（Object-Oriented Classification,OOC）等4种不同方法来对海岸水边线进行提取,并对其提取结果进行定性和定量评估,进而分析比较了这4种方法在提取人工海岸、砂质海岸和基岩海岸等3种不同海岸类型的水边线时的提取效果和提取精度。结果表明,SVM方法在3种海岸水边线上的总体提取效果最好,总体提取精度最高。     

基于机载LiDAR与潮汐推算的海岸带自然岸线遥感提取方法研究

海岸线对于海岸带保护与管理具有重要意义。海岸线现场测绘施测周期长且在地形复杂的区域施测难度大,基于遥感影像的海岸线判绘对解译人员的要求高,难以获取严格意义的海岸线。针对上述问题,本文提出一种基于机载LiDAR与潮汐推算的自然岸线遥感提取方法:基于机载LiDAR系统获取的航空正射影像解译瞬时水边线,应用LiDAR系统提取的DEM和建立的高程系统转换模型,通过潮汐数据推算研究区域的海岸线。通过与“908专项”航空遥感调查岸线结果比对,按本文方法所提取的3种自然岸线(砂质岸线、基岩岸线和淤泥质岸线)的均方根误差分别为1.66,5.23和32.48 m。结果表明,该方法可用于砂质岸线和基岩岸线的提取,且具有无需开展现场测量工作的优势,可提高海岸线提取的效率。     

基于多时相遥感数据的海岸线自动提取方法

海岸线是海洋的重要组成部分,对于海域管理具有重要意义.本文根据岸线位置确定原理,即将多时相瞬时水边线上边界近似作为海岸线,提出了一种基于多时相水边线的海岸线自动提取方法,该方法应用区域生长与边缘检测相结合的方法提取瞬时水边线,然后采用海岸线自动判别算法进行海岸线的提取.首先计算归一化水体指数(normalized di...     

Sentinel-1与Sentinel-2影像联合的黄河三角洲湿地信息提取

针对目前湿地信息提取中存在的“同物异谱”、“同谱异物”问题,以黄河三角洲自然保护区为实验区,采用在信息提取方面具有优势的典型相关森林算法,将Sentinel-1A雷达影像和Sentinel-2A多光谱影像作为基础数据,考察分别应用多光谱影像、合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)和多光谱二者综合、SAR纹理特征以及植被指数对湿地信息提取的效果和适用性。研究结果表明:(1)基于Sentinel-2A多光谱影像,在分类方法上,典型相关森林(canonical correlation forest,CCF)的总体精度最高,达到94.32%,与支持向量机和随机森林分类算法相比分别提高了6.55%和5.47%;(2)基于Sentinel-2A多光谱影像和Sentinel-1A后向散射系数的CCF总体精度达到了94.89%,与只利用多光谱影像相比,3种算法的总体精度和Kappa系数均得到了提升;(3)在SAR和光学联合的基础上加入SAR纹理特征后总体精度和Kappa系数均略有下降,分别为94.72%和0.935 3;(4)在SAR和光学联合的基础上加入归一化差分植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、差值植被指数(DVI)、归一化差分红外指数(NDII)和差分红外指数(DII)5种植被指数后,总体精度达到了最高为95.35%,7种地物的生产者精度有所提高,有效提高了对黄河三角洲湿地信息的提取能力。实验结果可为黄河三角洲湿地的合理开发和有效保护提供科学支持。     

基于Sentinel-2影像的围海养殖信息提取

为了能够利用遥感图像快速准确地提取围海养殖矢量信息,本文选取养殖水体、堤坝及育苗室等交错分布的海参围海养殖区域作为研究区域,根据研究区域Sentinel-2遥感影像的光谱特征,选用归一化差异水体指数（Normalized Difference Water Index,NDWI）、改进归一化差异水体指数（Modified Normalized Difference Water Index,MNDWI）和增强水体指数（Enhanced Water Index,EWI）三类水体指数,分别进行提取实验,利用同时期高空间分辨率的高分二号卫星（GF-2）影像作为参考,验证不同方法的提取精度,精度评价结果表明：相较MNDWI和EWI两类水体指数,NDWI的分类精度更高,且利用NDWI提取研究区域的围海养殖信息的效果更好,所以该方法可在养殖区域的动态监测和规划管理中发挥数据支撑作用。     

基于多光谱数据的黄河三角洲岸线自动提取

基于多光谱数据对海岸线自动提取的问题研究已久。针对国内外岸线提取方法较为单一的现状,提出兼顾光谱特征与空间关系的海岸线自动提取方法:将2014年黄河三角洲Landsat8-OLI影像与实测地物反射率光谱对比,选择敏感波段建立提取模型,之后对研究岸段进行分类并自动提取,同时基于908专项山东省修测海岸线标准的目视解译方法对实验部分的海岸线进行提取,最后通过ROC曲线原则对提取结果分别进行0.5与1像元精度评价,实验证明该方法在1个像元精度(提取置信度均高于90%)范围内能快速、准确地提取黄河三角洲复杂地貌类型地区的海岸线,所得到的矢量岸线可直接用于地理信息系统(GIS)分析。     

HY-2A卫星海面高度数据质量评估

对HY-2A卫星雷达高度计数据进行筛选获取有效的观测点,利用HY-2A卫星第18~23周期数据和同时在轨的Jason-2数据进行交叉点选取,对两颗卫星在交叉点海面高度异常值的差值进行统计与分析,提出了基于交叉点差值统计特征的筛除HY-2A轨道数据方法,评估了HY-2A卫星雷达高度数据质量。结果显示,HY-2A卫星18~23周期阈值筛选去除的点个数占总海洋观测点约12%,HY-2A海面高度异常与Jason-2海面高度异常的标准偏差在7.0 cm,数据精度满足设计精度要求。     

A simple waterline approach for tidelands using multi-temporal satellite images: A case study in the Yangtze Delta

Waterline technique based on satellite remote sensing is potentially one of the most effective tools for studying changes in tidal flat environment and coastlines. However, multi-temporal waterlines obtained from satellite images are often difficult to compare directly because fluctuant tidal conditions may produce different elevation of waterlines. To overcome the difficulty, this study developed a comparable waterline solution to estimate active lateral evolutions using TM satellite images at different tide conditions. Owing to the dynamic properties, the Yangtze River mouth was selected as the case example to test the suitability of the approach, and totally four time slices were partitioned during 1987–2004 for investigating coastline changes. The first step of this technique is to digitize waterlines with various elevations labeling in a time slice. In the second step, the waterlines were merged to generate DEMs and contour maps using the linear gridding interpolation method. In the last step, any interested contour line may be extracted from DEMs and used for comparison of tideland changes. To evaluate the errors in digitizing and interpolation process, quantitative checks were examined after the DEMs were constructed. In order to monitoring the rate of coastline spread, a proposed approach for estimating mean coastline spread distance between two time spans is developed in this paper. To conclude, this work demonstrates the importance of TM/ETM images to provide high-frequency historical topography and morphodynamics information for coastal monitoring and evaluation.