一种基于LiDAR数据的海岛岸线自动提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于LiDAR数据的海岛岸线自动提取方法，首先提取海岛点云数据，利用ArcGIS 10.1的LAS Dataset工具对海岛LAS格式的LiDAR点云数据进行粗差剔除，即过滤非海岛点；其次利用Alpha Shapes模型进行点云数据滤波和自动提取海岛岸线边界。本发明专利技术具有更快的速度、更高的稳定性、更高的提取精度，同时有较好的自适应性。

【技术实现步骤摘要】
-种基于LiDAR数据的海岛岸线自动提取方法
本专利技术属于海（岛）岸线自动提取
，涉及一种基于LiDAR数据的海岛岸 线自动提取方法。
技术介绍
海岸线是海陆分界线，在我国系指多年平均大潮高潮位时海陆分界的痕迹线。海 岸线是划分海洋与陆地行政管理区域的基准线，是确定领海内水和陆地的分界线，是区分 海洋深度基准和陆地高程基准的分界线。由于各种自然和人为因素的影响，海（岛）岸线 的位置和属性会发生变化，快速准确的测定海岸线位置和属性的动态变化是人们研究海陆 相互作用、沿海围垦、港口开发、城镇扩建等必须进行的一项技术活动，是海域管理的基础 信息，也是地形图测绘、海道测量、海岸带与海岛调查等的重要内容。 当前常用的海（岛）岸线提取方法可分为实地测量和遥感获取两种。实地测量方 式耗时费力、效率低、工作周期长，难以快速反映海岸线的动态变化。而利用遥感技术获取 则不受地表、海况、环境等条件限制，其数据源主要有：传统光学卫星影像和部分航空影像 数据、SAR数据、LiDAR数据以及视频成像等（R.GENS，2010)，其中利用光学影像数据进行海 岸线的提取方法研究较多。在光学影像数据和SAR数据解译中，除人工解译外，主要利用图 像的边缘检测技术或者对图像进行纹理分析将海岸线作为边缘检测出来（谢秀琴，2012)。 随着计算机技术的飞速发展，自动解译技术的水平也不断提高，各种新的算法不断出现，岸 线提取精度也不断提高（谢秀琴，2012)，此外部分学者（刘艳霞等，2012)顾及到潮位、坡度 与季节等一些因素的影响，提出新的方法，近一步提1? 了岸线提取的精度。 LiDAR (Light Detection And Ranging)既机载激光雷达，能够快速获取地球表面 的三维数据，是近十年开始应用的高新技术之一，数字地球、数字城市、海洋、灾害、林业、电 力、交通等领域正在成为一个非常有力的数据采集工具。机载LiDAR具有采集速度快、高程 精度高、外业和后处理成本低的优点，尤其适合于人工无法测量的海岛、礁石、悬崖、滩涂、 海冰等目标的三维测量。 目前，基于LiDAR数据提取海（岛）岸线大致可分为三种思路：（1)由LiDAR点云 生成的DEM，然后采用一些算法如剖面分析法、DEM分割法、等高线跟踪法等中提取海（岛） 岸线（董保根等，2012) ; (2)基于机载LiDAR生成高精度DEM，利用DEM和其他因素（如潮 汐、地形等）用不同的方法获得海（岛）岸线；（3)利用遥感数据生成的二维数据和LiDAR 数据生成的三维数据进行联合提取海（岛）岸线（Foad Yousef等，2013)。从海岸带高精 度DSM/DEM中提取高、低潮线，该方法实现简单、精度高，是目前使用最广泛的方式，然而直 接跟踪等高线碎片多，不够美观，需要大量的人工编辑，效率低，利用其他方法需要其他数 据的支持如航空影像或者遥感影像，增加了提取难度。也有部分学者利用水体的几何特征 提取水边线（Alexander等，2008 ;王宗跃等，2010)，取得了不错的效果，但是该方法只适用 于河道等地形起伏明显的地区，不适合地形平缓的海岸地带。 在一篇文献（联合机载LiDAR数据和潮汐数据自动提取潮位线，遥感学报 [J]. 2012(2).-405-416)中，披露了一种低潮线的提取方法，首先，联合机载激光雷达 (LiDAR)数据提取的海岸带数字表面模型（DSM)与验潮站数据提取的高、低潮面进行相交 运算，生成水陆二值图像，然后对其以提取边缘的方式提取高、低潮线；针对LiDAR光束 无法穿透水体导致低潮线附近DSM为无效值的缺陷，采取移动趋势面拟合法外推概略低潮 线附近DSM，在此基础上重新提取更精确的低潮线。 倪绍起，张杰，马毅，任广波等（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[J]。海洋学研究，2013,03:55-61.)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。此方法需要遥感数据和潮汐数据的支持，适用性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于LiDAR数据的海岸线自动提取方法，无需构建 DEM(或DSM)，快速高效，可有效的解决海（岛）岸线快速准确提取的问题，克服了传统方法 提取海（岛）岸线方法复杂和精度低的问题。 本专利技术的技术方案是按照以下步骤进行： 步骤1 :首先提取LiDAR点云数据，利用ArcGIS 10. 1的LAS Dataset工具对海岛 或海岸带LAS格式的LiDAR点云数据进行粗差剔除； 步骤2 :利用Alpha Shapes模型算法对剔除粗差后海岛或海岸带点云数据进行滤 波处理和自动提取边界。 进一步，步骤1中剔除过程为：以平均大潮高潮面作为高程阈值，以保证海岛数据 能通过的反射强度作为强度阈值，通过保留点高程和点反射强度，并删除横纵坐标在海岛 范围之外的点，得到点云数据。 进一步，步骤2中提取边界的方法为： 1):点云的展绘，把粗差剔除后的点云数据输入到软件中进行处理； 2):利用Alpha Shapes模型进行海岛岸线的提取，根据点云的平均密度，输入特定 的al值（Alpha Shapes模型的参数），通常al值设置为平均边长的2倍，若需要岸线较为 平滑，可适当增大al值，若需要过滤某些小的噪音，则al值不宜过大。 进一步，步骤2中Alpha Shapes模型的判断条件为：点集S内，根据Alpha Shapes 算法，过任意两点Pi、P2绘制半径为α的圆，如果这个圆内没有其他点，则认为点？1、己是 边界点，其连线PiP 2是边界线段。 本专利技术具有更快的速度、更高的稳定性、更高的提取精度，同时有较好的自适应 性。 【附图说明】 图1是本专利技术具体实施的技术流程图； 图2是本专利技术实施中在Arcgis软件中打开的原始的LAS数据图； 图3是本专利技术实施中在Arcgis软件中插值后的反射强度数据图； 图4是本专利技术实施中在Arcgis软件中剔除粗差后的点云图； 图5是本专利技术实施中Alpha Shapes算法提取海岛岸线示意图； 图6是本专利技术实施中Alpha Shapes算法实现示例图； 图7是本专利技术实施中软件中展绘后的点云图； 图8是本专利技术实施中在软件中对海岛点云边界提取图； 图9是本专利技术实施例中最后提取到的海岛岸线图； 图10是本专利技术实施例中海岛岸线实测图。 【具体实施方式】 下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术进行详细说明。 本专利技术的思路是：不需要高分辨率影像，不需要构建DEM，直接基于LiDAR点云数 据和平均大潮高潮面高程快速提取海（岛）岸线，基于Alpha Shapes模型算法实现LiDAR 数据滤波和海岛岸线的自动提取。为便于理解本专利技术涉及的技术和方法，首先介绍一些基 本理论。目前广泛应用的LAS标准有Versionl.0，l. 1，1.2，1. 3,2. 0。LAS1.0系列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LiDAR数据的海岛岸线自动提取方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：首先提取LiDAR点云数据，利用ArcGIS 10.1的LAS Dataset工具对某海岛LAS格式的LiDAR点云数据进行粗差剔除；步骤2：利用Alpha Shapes模型算法对剔除粗差后海岛或海岸带点云数据进行滤波处理和自动提取边界。

【技术特征摘要】
1. 一种基于LiDAR数据的海岛岸线自动提取方法，其特征在于按照以下步骤进行： 步骤1 :首先提取LiDAR点云数据，利用ArcGIS 10. 1的LAS Dataset工具对某海岛LAS 格式的LiDAR点云数据进行粗差剔除； 步骤2 :利用Alpha Shapes模型算法对剔除粗差后海岛或海岸带点云数据进行滤波处 理和自动提取边界。2. 按照权利要求1所述一种基于LiDAR数据的海岛岸线自动提取方法，其特征在于： 所述步骤1中剔除过程为：以平均大潮高潮面作为高程阈值，以保证海岛数据能通过的反 射强度作为强度阈值，通过保留点高程和点反射强度，并删除横纵坐标在海岛范围之外的 点，得到点云数据。3. 按照权利要求1所述一种基于LiDAR数据的海岛岸线自动提取方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈蔚，朱卫东，朱瑞芳，涂辛茹，郭立新，邱振戈，吴忠强，
申请(专利权)人：上海海洋大学，
类型：发明
国别省市：上海;31