分形分析法用于海湾冲淤演化预测的初步探讨

针对封闭或半封闭海湾的海岸线,引入分形分析法,预测其冲淤变化趋势。该方法基于海岸线在平衡状态下分形维数最小的思想,建立海岸线分形维数与其冲淤变化之间的相关关系,以此为依据判断海岸线所处的冲淤演化阶段,预测其发展趋势。以胶州湾为研究实例,根据海湾的面积和总岸线长度的变化情况定性分析海岸线分形维数的变化,应用上述方法预测其冲淤演化趋势,得出胶州湾将继续淤积的结论。从分析过程和预测结果2个方面对这砷方法的可行性进行讨论,初步证明这种方法的应用是合理、可行的。     

厦门岛海岸线分形特性演变规律的研究

滨海城市海岸线的空间特征演变规律及其影响因素对于陆海统筹的空间规划具有重要的研究意义。将改进的归一化水体指数(Modified Normalized Difference Water Index, MNDWI)和Canny边缘检测法相结合,从Landsat遥感影像中提取了厦门岛1976-2018年共九景海岸线,并对其进行分形分析。采用自主编写的图像分形维数计算程序计算了研究期间厦门岛海岸线的盒维数,总结分析了其变化趋势以及变化原因。结果表明:厦门岛的海岸线具有分形特性,其盒维数的变化范围为1.098 9~1.118 1,先后经历降低、增加、再降低和最后缓变四个阶段,总体呈现下降的趋势;进一步分析,发现厦门岛在快速发展进程中,海洋工程对海岸线空间形态复杂性有显著的影响,其中,填海造陆工程的实施导致海岸线盒维数降低,而港口、码头建设却导致盒维数增加。盒维数的变化程度间接反映了海洋工程对海岸带的改造程度。本研究对厦门海岸线分形特征的分析,可为该区域资源开发、生态保护和城市规划提供有价值的参考依据。     

1995—2017年福建省海岸线时空变化分析

利用遥感影像和GIS技术相结合获取福建省1995、2001、2010、2017年共4期海岸线的时空分布情况,并结合网格法计算各时期海岸线的分形维数,结合获取数据分析海岸线的时空变化特征、海岸线长度变化与分形维数变化之间的关系以及影响海岸线变化的原因。结果表明:1995—2017年福建省海岸线长度呈持续增加趋势,共增加388.99 km。从时间方面来看,2010年之后海岸线长度进入快速增长时期,其中2010—2017年是海岸线长度变化最显著的时期;从区域上来看,以宁德和莆田岸线变化最强烈,其他地市相对较稳定。1995—2017年研究区海岸线分形维数总体呈现先增加后减小趋势,其中宁德、福州、泉州分形维数变化比其他地市要复杂。研究区历史海岸线长度变化与分形维数变化之间存在着一定的相关关系,对各地市海岸线长度变化与分形维数变化统计分析表明,总体来看局部海岸线长度的增加或减小会导致整体海岸线分形维数增大或减小,且呈正比例变化。对1995—2017年研究区各时段海岸线变化对应的面积汇总情况来看,人类活动是影响研究区海岸线变化的主要原因,与人类活动相比,自然变化如河口淤积与侵蚀等对海岸线影响较小。     

基于分形维数的环渤海地区海岸线变迁及成因分析

利用遥感和GIS技术提取了环渤海地区1980年、1990年、2000年和2010年4期海岸线信息,采用网格法计算每期海岸线的分形维数;分析了海岸线及其分形维数的时空变化特征、并探讨了其与海岸开发活动之间的关系。研究表明:在1980—2010年间,研究区海岸线长度持续增加,变化强度逐渐增大,海岸线共增加了1 074.35 km;从时间过程看,2000年以后海岸线长度进入快速增长时期;从区域范围看,以天津市和河北省所在的渤海湾地区海岸线的变迁最显著。研究期间,环渤海地区海岸线整体向海推进,海岸线分形维数逐渐增大,岸线形状趋于复杂。人为的海岸开发活动是海岸线变迁的主导因素,2000年之前海岸开发以围垦养殖、盐田为主;之后,港口码头建设和城镇建设型的海岸工程逐渐增多。海岸线的分形维数与海岸带的物质组成与演变过程有直接关系,大量规模不等的海岸工程的建设是海岸线分形维数变化的主导因素。     

空间分辨率对海岸线时空演变遥感分析的影响——以渤海湾为例

文章针对中低分辨率遥感影像难以提取海岸线中小尺度变化的实际问题,以渤海湾为例,利用2010—2020年SPOT5、GF-1/6、ZY-3等高分辨率遥感影像,采用数字海岸线分析和分形维数方法获取渤海湾海岸线位置变迁速率和复杂度变化过程;针对目前渤海湾海岸线变迁分析研究多基于中低分辨率遥感影像的问题,结合同时期的Landsat影像,分析遥感影像空间分辨率对渤海湾海岸线变迁速率和分形维数的影响。研究结果表明,遥感影像空间分辨率差异对分形维数的影响较小,但对不同类型的岸线变迁速率影响显著;渤海湾海岸线在2010—2020年的变化呈现出由剧烈过渡至相对稳定的状态,伴随着海岸线位置的变化,岸线的分形维数呈现出先上升再至平稳的趋势。相关研究成果能够为渤海湾地区海洋资源利用优化、海岸线及滩涂湿地等自然资源保护提供数据支持。     

滨海社区空间演变分形研究——以厦门市高浦社区为例

滨海城市社区的空间形态及其海岸线表现出一定程度的复杂性,发展量化描述方法对于其可发展研究有重要的理论与应用价值。本研究基于分形理论,以滨海城市厦门的高浦社区为研究对象,利用计盒法对该滨海社区空间形态和边界进行复杂性分析和分形维计算,研究社区空间形态复杂性演变规律。结果表明:作为典型海湾渔村的高浦社区空间形态具有分数维,呈现分形结构特性。自1989年至今,该社区空间形态的分形维数呈现增长态势;社区边界的分形维数呈现下降态势。社区空间形态的分形维数与社区建筑占地面积、建筑总面积、建筑密度、容积率都表现出相关性。这表明滨海社区在快速城市化进程中,社区规模急剧扩张可能会导致空间形态和边界复杂性的显著变化。     

基于分形理论的珠江口海岸线变迁分析

为了分析珠江口区域海岸线近年来的发展变化情况,文章基于分形理论,分别对珠江口及深圳段大陆海岸线2005-2019年的变迁趋势采用网格法进行分形分析,得出14年间,珠江口及深圳段海岸线分维数的变化情况。通过对计算结果的分析对比发现,近年间珠江口海岸线整体因开发强度大,人工岸线居多,分维数值变化较小;而深圳段海岸线分维数较整个珠江口有较大幅度增加。深圳段海岸线曲折度提高的原因主要为修复类工程的实施。海岸线分形维数与海岸线曲折程度的正相关系,与海岸带开发利用规划管理要求相符,提出分维数可作为规划用海的重要评估参数。     

胶州湾海岸线历史变迁的分形分析

使用网格法以1987-2006年间5景经过精确校正的Landsat-TM遥感图像为基本资料,计算出了胶州湾海岸线的分形维数,其值为1.090 1(1987年),1.090 3(1992年),1.082 9(1997年),1.076 2(2003年)和1.080 1(2006年).结果表明,1987-2006年胶州湾海岸线分形维数先后经历了缓慢增大、减小、再增大的三个变化阶段.胶州湾较大规模的海岸工程是其岸线分形维数减小的主要原因,而较小规模的海岸工程和自然过程则是其分形维数增大的原因.     

用分形方法研究海岸线的长度

通过改变粗视化求维数的脚规法，以1：50000省地形图为基础，求取了海岸线的分维数。在此研究基础上，不仅用分形理论描述了整个江苏省海岸线的自然弯曲复杂程度，并在此基础上讨论了江苏省海岸线整体分维与局部分维，局部分维之间的相关性以及海岸线分维的意义。     

海岸线变化速率及趋势定量分析研究

从三个层次阐述了海岸线变化趋势分析的定量计算方法,首先讨论了海岸线变化速率计算的统计分析方法,以及提出了分形维数速率的计算方法;其次分析了基于变化速率和灰色预测模型的海岸线变化趋势预测方法;最后建立了海岸线变化趋势分析的基本工作流程.     

漠阳江入海口海岸线分维及其机制分析

分维数是反映海岸线复杂程度的客观依据。结合国内外海岸线分形研究进展,本文以漠阳江入海口附近海域为研究区,基于Landsat 8 OLI遥感影像对研究区域提取瞬时水边线,并利用潮汐数据进行校正得到海岸线;利用Fractal Fox2.0计算获得该海岸线的分维数为1.071;通过对研究区的分形机制分析,认为漠阳江附近的断裂构造对海岸起宏观控制作用,从而对海岸线的分维值也起了决定作用。根据断裂体系模型计算得到西侧海岸线的理论分维值为1.089,而对数螺线模型计算得到东侧海岸线的分维值为1.171;实际分维值相对理论值偏小,说明海岸带的沉积与侵蚀影响了分维值。此外,根据本区海岸侵蚀原因的分析,对分维机制进行了探究,初步论证的分维值大小可为海岸的冲淤变化研究提供参考。     

岛屿海岸线自动化提取及其时空变迁研究——以大连市獐子岛为例

海岸带是受人类活动和全球海平面上升影响的敏感地带,海岸线的提取和监测是海岸带生态系统研究和社会管理的重要内容。本文在遥感和地理信息系统的支持下,以修正的归一化水体指数(Modified Normalized Difference Water Index,MNDWI)为基础,结合遥感影像处理和直方图均衡化等技术,实现了大连市獐子岛1985—2016年海岸线的自动化提取。结果表明:(1)通过与三位专家目视解译的成果比对,本文提取海岸线的精度能满足后续研究的要求(相对误差分别为0.045%,0.032%和0.023%);(2)近30年来,獐子岛海岸线总体呈现蚀退趋势,岸线长度与岛屿面积分别呈现变短和变小的趋势,獐子岛(主岛)和大耗岛的岸线蚀退速率最大,褡裢岛次之,小耗岛最小;在人类活动较为密集的区域,海岸线呈现出较为强烈的增长趋势,海水养殖和圈海建坝是岸线增长的主要驱动力;(3)獐子岛海岸线具有显著的分形性质,分形维数随时间呈现增大的趋势,獐子岛(主岛)的分形维数最大,褡裢岛的分形维数最小。     

海岸线分维时序动态变化及其分形模拟研究--以江苏省海岸线为例

结合国内外海岸线分形厂家进展,以江苏省海岸线为例,首先对海岸线时间序列的分维动态变化进行了探讨,其次应用中点随机位移的方法对海岸线进行了分形模拟研究。通过研究指出：对海岸线时序分维变化的研究对于深入揭示海岸线分维所蕴涵的含义有着重要的意义,而海岸线的分形模拟则对于过去或未来某个历史时期海岸线分维的推算或预测以及相应海岸线形状的大致描述具有一定的实际应用价值。     

1991—2018年粤港澳大湾区海岸线的时空变迁

为科学开发利用海洋资源和促进粤港澳大湾区的可持续发展,文章通过目视解译遥感影像提取该区域的海岸线信息,分析海岸线的变迁强度、分形维数和自然岸线保有率的变化以及海岸线变迁的驱动力。研究结果表明：1991—2018年粤港澳大湾区海岸线的时空变迁特征明显,总体呈向外扩张的趋势;海岸线长度增长155.76 km,总体变迁强度为0.43%,陆域扩张面积达482.68 km2;海岸线平均分形维数为 1.14,呈持续上升的趋势,但变化速率逐渐减缓;自然岸线保有率总体呈下降趋势,总下降幅度为24.05%,各城市呈较大差异但存在规律,可分4个类型分析海岸线变迁的驱动力;人为因素是粤港澳大湾区海岸线变迁的主要驱动因素,促使海岸线变迁的方向和速率产生巨大变化。     

中国海岸线分维及其性质研究

根据分形理论,系统研究了中国海岸线分维及其性质。得出了基本结论：(1)中国海岸线的分形结构客观存在,在1：2500000地图上标定中国大陆海岸线长度的分形关系式为lgL=-3．9929-O．1597lgr(式中,L为中国大陆海岸线长度;r为测量标度);(2)使用量规法与网格法计算出中国大陆海岸线分维分别为1．1597和1．0707,台湾岛海岸线分维分别为1．0381和1．0025,等等;(3)进行海岸线分维横纵向比较,应遵循相同的分维计算方法。对于同一条海岸线而言,用量规法所得分维大干用网格法所得分维,且用量规法所得分维相对较大,则根据网格法所得分维亦相对较大;(4)在中国海岸线量规法与网格法分维计算结果之间可以建立关系式Dd=2．5932Db-1．5363(式中,Db为根据网格法计算所得分维;Dd为根据量规法计算所得分维);(5)随着从渤海到南海(由北至南)的空间变化,中国各大海域海岸线分维显现出一个由北至南逐渐变大的趋势,而海岸带物质组成、生物、气候等因素的南北变化或差异是导致中国海岸线分维南北空间变化的内在原因;(6)整个中国大陆海岸线的分维并不等于其组成部分分维的算术平均值;(7)台湾岛海岸线受到了断层系的强烈影响,这可能是台湾岛(东部)海岸线分维较小的内在机制所在。     

GIS支持的海岸类型分形判定研究

结合国际海岸线分形研究进展,在地理信息系统技术（GIS）的支持下,以中国典型海岸类型为例,探讨了应用分形理论对不同海岸类型进行分形判定的可能性。研究结果表明,应用分维来进行不同海岸类型的分形判定是一条可行的途径。对中国而言,在同比例尺地图上,存在着基岩海岸线分维大于平原海岸海岸线分维等系列结论。     

黄河水下三角洲海底粉土微观结构分形特征研究

以黄河水下三角洲海底粉土为研究对象,基于扫描电子显微镜技术获得了大量的海底粉土SEM(scanning electron microscopy)图像,综合运用Image-Pro Plus(IPP)和Photoshop图像处理软件来提取粉土的微观结构参数,以分形理论为指导,运用"周长-面积法"对海底粉土进行了分形特征研究,分析了阈值、放大倍数对粉土分形维数的影响及确定方法,并探讨了分形维数的环境及工程地质意义。研究结果表明,黄河水下三角洲海底粉土的颗粒及孔隙具有特殊的分形特征,分形维数为1.6~1.8;不同分维值在一定程度上反映了波浪扰动强度的不同;分形维数可以表征抗剪强度参数,粉土的黏聚力和内摩擦角随分维值的增大而增大。     

基于SERD与SPAN的全极化SAR数据海岸线分类

基于Wishart分类器的全极化SAR图像H/α分类方法应用于海岸线分类,可区分不同海岸线类型。在聚类过程中,传统H/α-Wishart方法时常将各类聚类中心对应的散射机理混淆,使得同为单次面散射的淤泥质与砂质海岸线类别难以区分。针对此问题,提出了改进型的辅助分层分类方法。算法运用单次反射特征值相对差异度与极化总功率系数构成的二维特征空间,结合支持向量机得到最优分界判据,以分离初始分类结果中混淆的淤泥质与砂质海岸线。实验表明,改进方法能够有效区分淤泥质与砂质岸线,分类混淆矩阵对应kappa系数由0.794提升至0.853,分类识别率得到显著提高。     

1973—2018年珠江三角洲海岸线时空演变分析

通过遥感和GIS技术获取1973—2018年的Landsat TM/OLI遥感影像为数据源,结合地理背景资料,分析45 a来珠江三角洲地区海岸线时空演变情况。结果表明:珠江三角洲地区海岸线变迁显著,大量的淤泥质岸线转变为城镇工业岸线和港口岸线,珠江三角洲地区岸线人工化指数不断上升,岸线类型朝向多元化方向发展,岸线总长度和分形维数不断增加,港口建设、滨海工业区、围垦填海等是岸线长度和分形维数增加的主要因素;海岸线演变呈现明显的区域特征,变化较大区域主要集中在深圳大鹏湾、广州南沙和珠海斗门;从岸线开发利用主体结构上看,各大岸区都出现了不同类型的变化趋势,城镇工业岸线与港口岸线取代自然岸线成为各区海岸线的主体类型;各地区开发利用强度不断上升,其中深圳市开发强度增速最快,社会活动和区位政策是引起岸线演变的主要驱动因素。     

海岸线分形模拟方法及其应用——以江苏省为例

结合国内外海岸线分形研究进展 ,以江苏省海岸线为例 ,采用“中点细分内插”的方法 ,探讨了海岸线的模拟生成方法 ,同时计算了相应分维值 ,在此基础上还设计了一个分形模拟实用程序 ,并对程序的模拟过程、功能做了分析。通过该程序不仅可对现有海岸线的栅格或矢量图形进行模拟、分维计算 ,还可对其进行存取、缩放等