一種淺海大型復雜沙波區地形重構方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于遙感技術應用和海底地形測繪領域，具體是一種能夠利用遙感圖像中 所含的沙波沙脊特征信息，如所希望那樣對以間隔型測線方式獲取的淺海大型復雜沙波區 多波束測深數據進行有效地形重構的方法。
【背景技術】
[0002] 海底地形測繪是探索和研宄海洋的第一步，是開發和保護海洋的首要條件，也是 現今海洋學研宄的迫切需求。在回聲測深儀發明之前，主要靠測深桿和測深錘來測量水深， 測量精度較差。20世紀20年代回聲測深儀出現之后，現代意義上海圖的繪制才得以實現。 但早期的測深儀為單波束發射，一次發射只能得到測量船正下方的水深，因而只能實現點、 線測量，無法反映測線之間的地形地貌。1970年代中期出現的多波束測深技術實現了帶狀 測量（最大寬度可達水深的7倍），顯著提高了測深效率。盡管如此，限于測量周期長、人力 消耗大和資金需求高等方面的劣勢，多波束測深仍然通常采用間隔型測線方式進行。獲得 的水深數據呈條帶狀分布，可用于大范圍淺海地形地貌特征統計分析。而要構建全覆蓋的 淺海地形數字高程模型（DEM)須通過反距離權重法、Kriging插值法和樣條插值法等空間 數據插值方法等空間插值方法實現。但由于條帶狀多波束測深數據的不連續性，僅通過上 述空間插值方法無法構建連續的淺海地在地形，因此僅依賴多波束測深方法仍然很難滿足 海底地形測繪需求。
[0003] 已公開的發明專利（ZL201310043013. 2)提出了一種基于遙感圖像特征的淺海沙 波區多波束測深地形重構方法，利用遙感技術方法的大范圍覆蓋和高頻率重訪的能力，基 于遙感圖像中所包含的因沙波地形對水動力調制而引起的灰度差異特征信息（亮暗條紋 信息），結合間隔型測線方式測量獲取的多波束測深數據，解決了淺海沙波區的地形重構難 題。但該發明方法僅對沙波形態簡單且分布規律的小區域沙波區的地形重構能取得較好效 果，而對復雜沙波區進行整體地形重構時，由于沙波形態各異、空間布局復雜，仍然無法滿 足高精度地形重構的要求。
[0004] 本發明專門針對淺海大型復雜沙波區地形重構的需要，通過基于沙波信息的分區 組合和重疊連續賦值處理，解決了淺海大型復雜沙波區地形重構的技術難題。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供了一種新的淺海大型復雜沙波區地形重構方法。
[0006] 本發明通過以下技術方案實現：
[0007] 一種淺海大型復雜沙波區地形重構方法，其特征在于其包括以下步驟：
[0008] (1)獲得多波束測深數據覆蓋區域含有沙波信息的遙感圖像，采用幾何校正方法 進行遙感圖像定位配準，實現與多波束測深數據空間基本配準；
[0009] (2)根據遙感圖像上沙波紋理分布特征，提取沙波波脊；
[0010] (3)根據提取的沙波波脊線的分布數值，確定工作區范圍；
[0011] (4)評估多波束測深數據點的分布密度，在沒有多波束測深數據分布的區域均勻 生成一定數量的輔助點，生成工作區輔助點；
[0012] (5)在每一條沙波波脊線兩端點分別繪制垂直于該沙波波脊線的輔助線，并延長 至最近的其他沙波波脊線或工作區邊界線；
[0013] (6)用全部沙波波脊線和輔助線將工作區分割成若干分區；
[0014] (7)對每一個分區進行子區劃分，所有分區的子區劃分大小保持一致；子區劃分 方法為：將每兩條相鄰的沙波波脊線之間的區域劃分為若干個子區；
[0015] (8)輔助點水深估算賦值；
[0016] (9)將輔助點的水深值和多波束測深數據點水深值一起進行空間插值，獲得工作 區沙波地形數字高程模型，完成淺海沙波地形重構。
[0017] 作為優選，上述一種淺海大型復雜沙波區地形重構方法的步驟（3)中所述的工作 區范圍設置為矩形，矩形的四條邊離沙波波脊線的最小距離在l〇〇m-200m之間，同時使得 矩形的兩條邊盡可能平行于沙波波脊線走向，另兩條邊盡可能垂直于沙波波脊線走向。
[0018] 作為優選，上述一種淺海大型復雜沙波區地形重構方法的步驟（5)中所述的輔助 線垂直于該沙波波脊線，然后分別向兩側延伸到最近的其他沙波波脊線或工作區邊界線。
[0019] 作為優選，上述一種淺海大型復雜沙波區地形重構方法的步驟（8)中所述的輔助 點水深估算賦值方法是：添加的每個輔助點為圓心、以多波束測線間距L為半徑設置搜索 范圍；確定該輔助點所在的步驟（7)所劃分的子區，將與該子區及全部相鄰子區作為目標 區域，搜索目標區域內的多波束測深數據點；采用反距離權重法確定該輔助點的水深值，即 把搜索到的多波束測深數據點的水深值以距離平方的倒數為權重值疊加給該輔助點，疊加 公式為：
[0020]
【主權項】
1. 一種淺海大型復雜沙波區地形重構方法，其特征在于其包括以下步驟： (1) 獲得多波束測深數據覆蓋區域含有沙波信息的遙感圖像，采用幾何校正方法進行 遙感圖像定位配準，實現與多波束測深數據空間基本配準； (2) 根據遙感圖像上沙波紋理分布特征，提取沙波波脊； (3) 根據提取的沙波波脊線的分布數值，確定工作區范圍； (4) 評估多波束測深數據點的分布密度，在沒有多波束測深數據分布的區域均勻生成 一定數量的輔助點，生成工作區輔助點； (5) 在每一條沙波波脊線兩端點分別繪制垂直于該沙波波脊線的輔助線，并延長至最 近的其他沙波波脊線或工作區邊界線； (6) 用全部沙波波脊線和輔助線將工作區分割成若干分區； (7) 對每一個分區進行子區劃分，所有分區的子區劃分大小保持一致；子區劃分方法 為：將每兩條相鄰的沙波波脊線之間的區域劃分為若干個子區； (8) 輔助點水深估算賦值； (9) 將輔助點的水深值和多波束測深數據點水深值一起進行空間插值，獲得工作區沙 波地形數字高程模型，完成淺海沙波地形重構。
2. 如權利要求1所述的一種淺海大型復雜沙波區地形重構方法，其特征在于步驟（3) 中所述的工作區范圍設置為矩形，矩形的四條邊離沙波波脊線的最小距離在l〇〇m-200m之 間，同時使得矩形的兩條邊盡可能平行于沙波波脊線走向，另兩條邊盡可能垂直于沙波波 脊線走向。
3. 如權利要求1所述的一種淺海大型復雜沙波區地形重構方法，其特征在于步驟（5) 中所述的輔助線垂直于該沙波波脊線，然后分別向兩側延伸到最近的其他沙波波脊線或工 作區邊界線。
4. 如權利要求1所述的一種淺海大型復雜沙波區地形重構方法，其特征在于步驟（8) 中所述的輔助點水深估算賦值方法是：添加的每個輔助點為圓心、以多波束測線間距L為 半徑設置搜索范圍；確定該輔助點所在的步驟（7)所劃分的子區，將與該子區及全部相鄰 子區作為目標區域，搜索目標區域內的多波束測深數據點；采用反距離權重法確定該輔助 點的水深值，即把搜索到的多波束測深數據點的水深值以距離平方的倒數為權重值疊加給 該輔助點，疊加公式為：
其中H為該輔助點的估算水深，M ，屯為第i個多波束測深數據點到該輔助點的 距離，h為第i個多波束測深數據點的水深值。
【專利摘要】本發明公開了一種新的淺海大型復雜沙波區地形重構方法。本發明是利用淺海沙波地形在遙感圖像中呈現的特征信息(沙波波紋和波脊)和沙波地形分布規律，對以間隔型測線方式獲得的淺海大型復雜沙波區的多波束測深數據進行地形重構，從而獲得完整的沙波地形信息。本發明針對廣泛分布的淺海沙波地形區域的地形測繪需求，將遙感圖像中的沙波紋理和沙波波脊線作為一個參考控制信息引入多波束測深數據地形重構中，并通過大型復雜沙波區的分區組合和重疊連續賦值處理，可實現淺海大型復雜沙波區的由間隔型測線方式獲得的多波束測深數據的高精度地形重構，是遙感信息技術和多波束測深技術交叉應用方面的一項創新，具有極大的實用價值。
【IPC分類】G01C13-00
【公開號】CN104613945
【申請號】CN201510071764
【發明人】張華國, 傅斌, 何謝鍇, 厲冬玲, 史愛琴, 樓琇林
【申請人】國家海洋局第二海洋研究所
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月11日