基于多源影像的内河滨岸带植被生长适宜区确定方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供基于多源影像的内河滨岸带植被生长适宜区确定方法和装置，内河滨岸带植被生长适宜区确定方法包括：步骤1.基于研究河段的影像数据，并逐幅实施水陆区域划分、构建二值化淹没影像数据集；步骤2.基于像元尺度的滨岸带岸滩长历时平均淹没频率计算；步骤3.对影像逐幅提取滨岸带植被覆盖区并构建二值化覆被影像集合；步骤4.基于像元尺度的长历时内滨岸带岸滩植被出现频率计算；步骤5.将目标河段区域内滨岸带植进行适宜区划分；根据目标河段区域多年平均淹没频率FF和植被出现频率VF的栅格数据得到FF～VF的散点图和核密度云图，进而划分出滨岸带植被生长的适宜区，并推求出滨岸带植被适宜生长的临界淹没频率阈值。岸带植被适宜生长的临界淹没频率阈值。岸带植被适宜生长的临界淹没频率阈值。

【技术实现步骤摘要】
基于多源影像的内河滨岸带植被生长适宜区确定方法和装置


[0001]本专利技术属于生态河道治理
，具体涉及一种基于多源影像的内河滨岸带植被生长适宜区确定方法和装置。

技术介绍

[0002]滨岸带绿化是生态河道治理的重要内容，如城市江段两岸的高滩岸线常被开发为覆盖大量植被的休闲景观区，河道和航道整治工程中也多采用生态护坡、护岸技术替代传统护岸模式。这些工程的设计和建设中，滨岸带植被配置需要因地制宜、充分利用现状河道的地形、水文等条件再辅以适当的人工修复，构建出适宜植物生长的稳定生境条件。当前许多生态护岸工程实施后出现植被大面积死亡的现象，一些工程甚至出现“建设施工
‑
效果反馈
‑
修改补救”的模式，造成资源浪费，导致这些现象的原因在于规划设计阶段未能明确滨岸带哪些区域适宜植被生长，以及植被生长的区域需要满足什么水文条件。
[0003]不同于人工渠道水位较为固定、海滨潮间带滩涂位置较为固定的简单情形，天然河道的岸滩地貌形态复杂且受年内、年际周期性大幅涨落的水位变化制约，其滨岸带植被分布既呈现出沿河道横剖面梯级分布的总体特征，又具有强烈的空间和时间随机性，很难通过量化方法确定出植被适宜区域。以往一些工程建设中，采用实地调查和水动力数值模拟相结合的方法来判定植被适宜区，但该过程需要长期调查资料，建模难度大、成本高，一般情况下不具实施条件。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供基于多源影像的内河滨岸带植被生长适宜区确定方法和装置，对实测地形数据要求量少，数据互补性强，操作过程简便且定量化，充分考虑了天然河流水位变幅大且随机性强的水文特点，以及岸滩高低起伏且水陆交错的复杂形态特点，淹没频率的计算更加准确，能够为生态河道治理提供更加科学、高效、可靠的实施途径。
[0005]本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：
[0006]<方法>
[0007]本专利技术提供基于多源影像的内河滨岸带植被生长适宜区确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]步骤1.基于研究河段的影像数据，并逐幅实施水陆区域划分、构建二值化淹没影像数据集；
[0009]步骤2.基于像元尺度计算滨岸带岸滩长历时平均淹没频率；具体包括如下子步骤：
[0010]步骤2.1：根据目标河段是否具有长系列水位观测资料来选取滨岸带淹没频率计算方法，若具有水位观测资料则进入步骤2.2，否则进入步骤2.10；
[0011]步骤2.2：以日期为索引，匹配每幅二值化淹没影像{B
11
,.......,B
ij
}所对应日期
的日均水位，记为{Z
11
,.......,Z
ij
}，其中Z
ij
表示第i年第j幅影像对应日期的水位；
[0012]步骤2.3：根据区域淹没频率统计需求对T年内多年日均水位从小到大排序后按算数间隔等距划分m个水位等级区间，25≤m≤35；
[0013]步骤2.4：统计水位{Z
11
,.......,Z
ij
}落在m个水位区间内的频次F，保留频次F≥1的水位区间，对频次F＝0的水位区间与相邻区间进行合并，合并后水位区间级数记为m'，20≤m'；
[0014]步骤2.5：根据逐年日均水位数据，统计第i年(i＝1,2,
……
,T)内全年每日水位落在m'个水位区间内的天数N
ik
(k＝1,2,
……
,m')，天数N
ik
为第i年第k个水位区间的时段长度；
[0015]步骤2.6：根据时序影像对应水位数据{Z
11
,.......,Z
ij
}，统计第i年内第j幅影像对应水位Z
ij
落在m'个水位区间内的影像个数C；
[0016]步骤2.7：按步骤2.5将第i年的各水位区间一一匹配出其代表影像，编码记为B
ik
，B
ik
表示第i年第k个水位区间的二值化淹没影像；
[0017]步骤2.8：对所有二值化影像B
ik
，按照公式逐像元进行运算，得到第i年各像元的淹没频率，所有像元的淹没频率数值构成第i年目标河段区域的淹没频率空间分布的栅格数据FF
i
；
[0018]步骤2.9：在逐年淹没频率基础上，逐像元按照公式进行运算，得到T年内的多年平均淹没频率空间分布栅格数据FF；
[0019]步骤2.10：若不具备水位观测资料，则使用二值化影像集{B
11
,.......,B
ij
}的时间坐标作为计算淹没历时的依据，将第i年第j
‑
1幅与第j幅影像对应日期的时间中点记为t
s
，第j幅与第j+1幅影像对应日期的时间中点记为t
e
，取N
ij
＝t
e
‑
t
s
作为第j幅影像的代表时段，在此基础上按公式进行运算得到各像元的淹没频率，它们共同形成第i年的淹没频率空间分布栅格数据FF
i
'，j＝1,2,
……
,n
i
，n
i
为第i年收集到的影像数量；多年平均淹没频率空间分布栅格数据的计算方法同步骤2.8；
[0020]步骤3.对影像逐幅提取滨岸带植被覆盖区并构建二值化覆被影像集合；
[0021]步骤4.基于像元尺度计算长历时内滨岸带岸滩植被出现频率；
[0022]步骤5.将目标河段区域内滨岸带植进行适宜区划分；根据目标河段区域多年平均淹没频率FF和植被出现频率VF的栅格数据得到FF～VF的散点图和核密度云图，进而划分出滨岸带植被生长的适宜区，并推求出滨岸带植被适宜生长的临界淹没频率阈值。
[0023]优选地，本专利技术提供的基于多源影像的内河滨岸带植被生长适宜区确定方法，在步骤1中，对二值化淹没影像数据集{MB
11
,.......,MB
ij
}和{SB
11
,.......,SB
ij
}中的10m精度的二值化影像，采用重采样技术将像素尺度转换为30m，随后将{MB
11
,.......,MB
ij
}和{SB
11
,.......,SB
ij
}合并成30m精度二值化淹没影像数据集{B
11
,.......,B
ij
}，其中B
ij
表示第i年的第j幅影像。考虑了单一影像数据集在对区域水体植被监测时的时空局限性，引入合成孔径雷达等影像数据集，弥补了多光谱影像易受云雾干扰导致数据量不足等问题，
使用多源遥感影像数据集通过差异化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多源影像的内河滨岸带植被生长适宜区确定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.基于研究河段的影像数据，逐幅实施水陆区域划分、构建二值化淹没影像数据集；步骤2.基于像元尺度计算滨岸带岸滩长历时平均淹没频率；具体包括如下子步骤：步骤2.1：根据目标河段是否具有长系列水位观测资料来选取滨岸带淹没频率计算方法，若具有水位观测资料则进入步骤2.2，否则进入步骤2.10；步骤2.2：以日期为索引，匹配每幅二值化淹没影像{B
11
,
……
,B
ij
}所对应日期的日均水位，记为{Z
11
,
……
,Z
ij
}，其中Z
ij
表示第i年第j幅影像对应日期的水位；步骤2.3：根据区域淹没频率统计需求对T年内多年日均水位从小到大排序后按算数间隔等距划分m个水位等级区间，25≤m≤35；步骤2.4：统计水位{Z
11
,
……
,Z
ij
}落在m个水位区间内的频次F，保留频次F≥1的水位区间，对频次F＝0的水位区间与相邻区间进行合并，合并后水位区间级数记为m'，20≤m'；步骤2.5：根据逐年日均水位数据，统计第i年(i＝1,2,......,T)内全年每日水位落在m'个水位区间内的天数N
ik
(k＝1,2,......,m')，天数N
ik
为第i年第k个水位区间的时段长度；步骤2.6：根据时序影像对应水位数据{Z
11
,
……
,Z
ij
}，统计第i年内第j幅影像对应水位Z
ij
落在m'个水位区间内的影像个数C；步骤2.7：按步骤2.5将第i年的各水位区间一一匹配出其代表影像，编码记为B
ik
，B
ik
表示第i年第k个水位区间的二值化淹没影像；步骤2.8：对所有二值化影像B
ik
，按照公式逐像元进行运算，得到第i年各像元的淹没频率，所有像元的淹没频率数值构成第i年目标河段区域的淹没频率空间分布的栅格数据FF
i
；步骤2.9：在逐年淹没频率基础上，逐像元按照公式进行运算，得到T年内的多年平均淹没频率空间分布栅格数据FF；步骤2.10：若不具备水位观测资料，则使用二值化影像集{B
11
,
……
,B
ij
}的时间坐标作为计算淹没历时的依据，将第i年第j
‑
1幅与第j幅影像对应日期的时间中点记为t
s
，第j幅与第j+1幅影像对应日期的时间中点记为t
e
，取N
ij
＝t
e
‑
t
s
作为第j幅影像的代表时段，在此基础上按公式进行运算得到各像元的淹没频率，它们共同形成第i年的淹没频率空间分布栅格数据FF
i
'，j＝1,2,......,n
i
，n
i
为第i年收集到的影像数量；多年平均淹没频率空间分布栅格数据的计算方法同步骤2.8；步骤3.对影像逐幅提取滨岸带植被覆盖区并构建二值化覆被影像集合；步骤4.基于像元尺度计算长历时内滨岸带岸滩植被出现频率；步骤5.将目标河段区域内滨岸带植进行适宜区划分；根据目标河段区域多年平均淹没频率FF和植被出现频率VF的栅格数据得到FF～VF的散点图和核密度云图，进而划分出滨岸带植被生长的适宜区，并推求出滨岸带植被适宜生长的临界淹没频率阈值。
2.根据权利要求1所述的基于多源影像的内河滨岸带植被生长适宜区确定方法，其特征在于：其中，在步骤1中，对二值化淹没影像数据集{MB
11
,
……
,MB
ij
}和{SB
11
,
……
,SB
ij
}中的10m精度的二值化影像，采用重采样技术将像素尺度转换为30m，随后将{MB
11
,
……
,MB
ij
}和{SB
11
,
……
,SB
ij
}合并成30m精度二值化淹没影像数据集{B
11
,
……
,B
ij
}，其中B
ij
表示第i年的第j幅影像。3.根据权利要求1所述的基于多源影像的内河滨岸带植被生长适宜区确定方法，其特征在于：其中，步骤1包括如下子步骤：步骤1.1：从数据中心分别获取历时T年的目标河段影像数据，T≥10，其中以经过几何校正和辐射定标以及大气校正预处理手段的多光谱影像数据为主，以经过辐射定位、校正、去噪后的合成孔径雷达数据为辅，并筛选出质量、数量满足条件的多光谱影像数据：(1)遥感影像中，目标河段区域应满足不超过5％的云量遮挡，无缺损及条带；(2)每年内应满足每季均有可用影像；步骤1.2：对Landsat SR二级数据使用QA波段对云层进行掩膜处理，对Sentinel
‑
22A级数据使用SLC波段进行掩膜处理；对SAR GRD数据进行平滑处理和降噪；去云后对目标河段进行裁剪，组成目标河段时序多光谱影像数据集{MS
11
，
·
……
，MS
ij
}，时序合成孔径雷达数据集{SAR
11
，
……
·
，SAR
ij
}，其中i表示第i年，j表示第i年的第j幅的影像，i＝1，2，......，T；j＝1，2，......，n
i
，n
i
为第i年收集到的影像数量；步骤1.3：选取{MS
11
，
……
·
，MS
ij
}中每幅影像MS
ij
的ρ
GREEN
绿光波段和ρ
SWIR
短波红外波段的反射率数据按照公式MNDWI＝(ρ
GREEN
‑
ρ
SWIR
)/(ρ
GREEN
+ρ
SWIR
)进行波段运算，得到改进归一化差异水体指数MNDWI影像，从而将{MS
11
，
·
……
，MS
ij
}数据集转化为改进归一化差异水体指数MNDWI影像数据集{M
11
，
·
……
，M
ij
}，其中M
ij
表示第i年的第j幅MNDWI影像；针对合成孔径雷达数据集{SAR
11
，
·
……
，SAR
ij
}，选取每幅影像SAR
ij
中经过投影校正的Level 1地面距离探测产品中的双极化数据，按照水体提取指数公式SDWI＝ln(10
×
VV
×
VH)
‑
8对波段数据进行计算，得到水体提取指数SDWI，形成SDWI影像数据集{S
11
，
·
……
，S
ij
}，其中S
ij
表示第i年的第j幅SDWI影像；步骤1.4：在步骤1.3的基础上，针对影像数据集{M
11
，
·
……
，M
ij
}和{S
11
，
……
·
，S
ij
}，输出目标河段区域每幅影像的灰度直方图，横坐标为灰度值，纵坐标为该灰度值下的像元频数H，该灰度直方图应呈双峰状；步骤1.5：基于每幅影像的灰度直方图双峰状分布特点，采用OTSU最大类间方差法逐幅确定水体和非水体的分割阈值；步骤1.6：逐幅计算出水体和非水体分割阈值threshold后，按每幅影像的分割阈值对数据集{M
11
，
·
……
，M
ij
}及{S
11
，
·
……
，S
ij
}逐幅二值化，水体区域像素赋值为1，非水体像素区域赋值为0，得到二值化淹没数据集{MB
11
，
·
……
，MB
ij
}和{SB
11
，
·
……
，SB
ij
}，其中MB
ij
表示基于Landsat SR和Sentinel
‑
22A数据的第i年第j幅二值化淹没影像；SB
ij
则表示基于合成孔径雷达数据集Sentinel
‑
1SAR数据的第i年第j幅二值化淹没影像；步骤1.7：对二值化淹没影像数据集{MB
11
，
·
……
，MB
ij
}和{SB
11
，
·
……
，SB
ij
}中基于Sentinel
‑
22A/Sentinel
‑
1 SAR卫星生成的10m精度的二值化影像，采用重采样技术将像素
尺度转换为30m，随后将{MB
11
，
·
……
，MB
ij
}和{SB
11
，
·
……

【专利技术属性】
技术研发人员：袁景耀，孙昭华，李芷晴，周炜兴，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：