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易变海岸带潮滩高程模型遥感反演方法研究

胡炜  
【摘要】:我国潮滩资源丰富,可为沿海地区的未来发展提供广阔空间,潮滩的开发与保护客观上需要对潮滩地形及演化规律有较为详尽的了解。然而,潮滩高程测量难度较大,现有测量手段应用于潮滩高程测量均受到限制,难以取得理想的结果,高时间分辨率、周期性、大范围的潮滩高程信息获取困难。基于此,研究选取南黄海辐射沙脊群中的东沙和亮月沙为研究区,以多源遥感影像为基础,提出并建立了一种适用于大范围区域的易变海岸带潮滩高程反演框架,主要内容包括: (1)基于中低空间分辨率遥感影像的潮滩高程反演(中低空间分辨率,高时间分辨率)。在分析中低分辨率遥感数据可用性的基础上,分别基于原始离散点云数据和优化点云数据开展潮滩高程反演并进行相应的检验、分析。针对高程反演中所面临的时间尺度问题与潮位分布均匀度等问题进行探讨,掌握其对于反演精度的影响。 (2)基于中等空间分辨率遥感数据源的潮滩高程反演(中等空间分辨率,低时间分辨率)。重点开展全年反演精度分析与多时间尺度问题分析,确定中等分辨率遥感影像用于潮滩高程反演所体现出的优势与劣势。 (3)基于中低、中等空间分辨率遥感数据融合的潮滩高程反演(中等空间分辨率,高时间分辨率)。为有效发挥中低、中等分辨率遥感影像各自的优势,提出一种不同空间分辨率离散点云数据融合方法,在不同的时间尺度上对该方法进行分析、检验,并尝试使用融合数据开展沙洲季度变化的初步应用试验。 研究结果表明:①MODIS影像具有很高的时间分辨率,为潮滩高程反演提供了较大的选择空间,其空间分辨率方面的劣势能够通过本文提出的离散点云滤波方法得到一定的弥补。滤波后,全年时间尺度下绝对平均误差由滤波前的48.68cm降至42.74cm,且在3个月的时间尺度下即可得到垂直精度优于45cm的反演结果。进一步分析表明,反演所使用水边线的潮位分布均匀度与反演精度存在着一定程度的正相关。②与MODIS影像相反,中等分辨率遥感影像较高的空间分辨率可体现在反演结果上即为垂直精度的提高与潮滩细节的呈现,一年时间尺度下可得到39.52cm的垂直精度。但较低的时间分辨率很大程度上限制了中等分辨率影像的应用范围,分析表明,至少在10个月以内,中等分辨率影像所能提供的水边线数据一直处于稀缺状态。③研究所提出的不同空间分辨率离散点云数据融合方法能够有效缩短潮滩高程反演的时间尺度,并改善垂直精度,融合数据兼具MODIS与中等分辨率数据的高时间分辨率与高空间分辨率。基于该方法得到优于50cm、45cm和40cm垂直精度的反演结果所需的时间尺度分别仅为1个月、3个月和6个月,可支持潮滩冲淤变化的季节分析。


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