海岸带遥感信息提取平台的设计与实现外文翻译资料

 2022-05-16 21:16:15

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海岸带遥感信息提取平台的设计与实现

王瑞夫

山东科技大学测绘学院，青岛266510，中国科学院海洋与大气局测绘技术重点实验室，中国; 电子邮件：wangruifu@263.net

Quan-bo Xin，刘爱超，赵少杰

山东科技大学测绘学院，青岛，中国

电子邮件:{xinqbll001＠163.com,habylsc@163.com，zfzsj＠163.com}

摘要：目前，海岸带遥感信息提取没有专门的软件平台。由于海岸线，植被和海岸带类型等海岸带目标的复杂性，用户无法通过计算机自动提取信息，因此用户需要通过比较经常解释标记和遥感图像来进行操作提取。 另一方面，当用户对信息进行分类时，他们必须先查看信息类型代码表以获得代码值。 总之，目前沿海地区遥感信息提取非常复杂，效率低下。 针对海岸带信息提取的特点，分析了海岸带信息提取软件的需求，设计了海岸带信息提取软件。该软件的功能包括目标解释标记的管理，提取过程中的显示，目标类型代码的管理和自动评估代码值的管理，海岸带矢量数据编辑，海岸线自动提取，三维地形显示和信息参考等。最后，本文构建了基于.NET和ArcEngine开发平台的海岸带遥感信息提取平台。 该软件应用于中国近海海岛和沿海地区遥感调查研究项目。

关键词：海岸带解释库，信息提取，自动提取，海岸带地图

Ⅰ.介绍

目前，还没有专门的海岸带遥感信息提取软件平台，主要基于ArcGIS平台。它需要在ArcMap下进行信息提取的操作，在ArcCatalog下进行数据管理的操作，操作复杂，工作量大。例如，当提取海岸带地区的信息时，首先要在 ArcCatalog 中创建个人数据库或shapefile，然后根据分类标准创建指定要素，同时设置要素类的用户自定义坐标系。之后我们可以在ArcMap中打开要素类并进行图形数据提取和属性设置。 海岸带信息的复杂性，需要在 ArcMap 和ArcCatalog之间不断切换，以完成信息提取和信息管理。

一些特殊的应用无法实现，如特征识别和解译信息的参考，特征类型的选择等。例如，在海岸线提取中，在不同目的的解译中解译的选择是不同的; 海岸线的位置会因不同的解释键[9]而大不相同。 沿海地区解译资料库的复杂分类，各种文本描述和插图，使得在海岸线提取中需要大量的参考文献，工作量大，易出错。开发专门的海岸带信息提取软件平台，以提高工作效率和产品质量是迫切需要的。

在沿海地区，海岸线不规则，地形复杂，岛上有许多岛屿[7]。 遥感信息提取工作量大，精度要求高，而且管理复杂。 建立海岸带遥感信息提取平台，可实现自动提取与人工提取，二维提取和三维提取相结合，提高效率，产品精度和管理效率。

Ⅱ.系统设计

主要基于遥感影像和海岸带解译图书馆，海岸带遥感信息提取将有用数据提取到个人数据库或shape文件中，管理分类和映射输出。 将海岸带遥感信息存储在个人地理数据库中，便于管理和检索。

为了提高遥感影像的视觉效果和解译能力，我们在不同的波段组合和图像增强功能下开发了视觉图像。由于岛屿边界和岛屿数据重叠，我们开发了多边形边界提取和构建多边形以减少重复工作。为了便于数据的分布，我们开发了导出要素类到shapefile功能 。

基于遥感的海岸线提取工作量大，精度低，因此我们利用测绘部门发布的权威DEM数据开发了自动提取和三维提取模块。根据海岸带复杂图书馆的复杂性，受环境实际特征影响大，信息提取困难等特点，我们以图片和树形分类系统的形式建立了海岸带解读库的查询和查询功能，方便，快捷，准确地选择功能类型。

海岸带遥感制图有自己专门的制图标准和制图过程，例如，地图集中的图片具有固定位置的固定格式文本和地图装饰元素。对于专有特性，我们开发了特殊功能，如设置打印区域，设置页面，添加标题，地图描述，制图机构，标签文本和地图环绕（地图比例，图例，北箭头，地图网格），格式导出地图。上述功能在沿海地区遥感地图或地图集中拥有自己的专有格式，该系统封装了此默认格式，完成了沿海地区遥感地图绘制，并提高了地图绘制效率。

Ⅲ.功能实现

系统设计包括六个主要模块-文件管理，图像管理，图形编辑，海岸线提取，三维显示，遥感映射。

A.文件管理

本系统主要基于ArcGIS个人地理数据库的方式对海岸带遥感信息矢量数据进行管理。 海岸带矢量信息的管理按地区划分，个人地理数据库的容量和管理效率非常合适。 为了便于数据分配，我们开发了导出要素类到shapefile，并存储。

由于数据管理必须符合设置地理坐标系统和投影坐标系统的国家标准，坐标系统的选择对沿海地区信息的管理非常重要。 目前，采集数据的坐标系统预计为WGS84。 在提取信息之前，获取图像的投影信息， 然后将此投影设置为用于存储提取的shapfile的坐标系。

沿海区域数据的坐标系统总是选择高斯克吕格投影。在这个预测中，中央子午线被预测为线性的; 长度没有变形，与球体的实际长度相等。 其他经线是圆弧衔接到极点，离中央子午线越远，失真越严重。

由于沿海地区的测绘总是针对小岛屿或海岸，因此中央子午线位置的选择直接影响投影变形的大小，所以我们通过添加用户定义的高斯克吕格投影参数来实现投影变换函数，包括虚假东，假北向，中央子午线， 原点纬度，比例因子（默认为1，无比例），这确保 了位置和形状的映射精度。

多边形边界提取和线性构造多边形功能主要基于提取的矢量数据，该功能减少了岛边界和岛域数据重叠提取工作的重复。

B.图像管理

该平台在提取信息时需要图像作为背景，通过几何校正和图像配准进行处理。该系统中的预处理主要针对显示效果和视图效率，包括图像增强处理，查看图像的不同组合以及为图像构建金字塔。

在IDL重建技术的基础上，图像增强处理采用直方图均衡化方法对海岸带遥感影像进行拉伸，提高了遥感影像的视觉效果和可解释性，有利于提取有用特征。波段组合采用RGB渲染方式，以不同的波段组合实现观看图像，方便提取不同的特征。由于不同地区的图像大小不同，大数据的观看效率较低，这会影响提取效率。构建图像默认参数的金字塔可以满足要求。

图1为不同波段组合的效果对比图。 图1.1是处理前的图像; 波段组合默认为1,2,3，图1.2为4,1,2的波段组合图像。在该结果图像中，特征的细节特征更加清晰，色调更加突出，植被覆盖更加清晰。我们可以从不同的植被类型和生长条件中区分出不同的颜色， 例如耕地与林地（如上图是林地，图B、C是耕地），耕地，水田和高地在色调上也表现出明显的对比（比较可见于图C），建成区内的植被几乎不受建筑面积色调（图D）的影响，水性能也更好（图E）。

C.信息提取

海岸带信息管理的标准化和复杂性要求在提取信息时确保准确性和效率。 在本文中，海岸带信息提取方式是自动提取与人工提取相结合，二维提取与三维提取相结合。

图1.1。 默认的频段组合为1，2，3

图1.2。 波段组合4,1,2

手动提取

海岸带遥感信息包括提取图形数据和属性数据。图形数据的提取基于ArcEngine编辑器工具，实现了基本的查看和编辑功能。基于这些功能，开发分割线功能来完成海岸线的编辑。与海岸线属性设置工具栏和海岸线自动提取相结合，将在下面提到，完成海岸线信息的提取。

属性数据的编辑主要包括特征类型及其对应的编码和描述信息。为了编辑描述信息，我们可以使用ArcEngine中的编辑器工具来指定字段。 要编辑要素类型和相应代码，请参考海岸带解释库，并以图片和树形分类系统的形式建立海岸带解说库的搜索和查询。解释库使用Access数据库存储数据，为海岸带特征建立三级分类和约束，以存储名称，代码，描述，样本图片以及从数据库获取特征类型后更新所选特征。

图2.1-2.4为海岸线更新过程示例图，首先打开海岸线属性设置工具栏（图2.1），然后选择地图控件中需要更新的特征，如图2.2所示，选择灵山岛选定的海岸线，同时获取海岸线的图层名称和海岸线名称并将其填入海岸线属性设置工具栏，如果已经分配了海岸线，则同时也会获得海岸线类型和相应的代码;如需修改或分配海岸线类型，点击“获取海岸线类型”按钮，打开如图2.3所示的海岸线类型表格，在左侧分类系统中选择海岸线类型（泥质海岸线），选择海岸线类型对应的代码（ “2301010400”）和出现在右侧的样例图片（上图），单击“确定”获取名称和相应代码，并将其填入海岸线属性设置工具栏，如图2.4所示，其中代码为只读标识，不应该修改。点击“更新海岸线”并完成分配过程。

图2.1。 最初的海岸线属性设置工具栏。

图2.2。 在mapcontrol中选择要分配的功能。

图2.3。 以图片和树木分类系统的形式获取海岸线型表格

图2.4。 获取海岸线类型后的海岸线属性设置工具栏。

自动提取主要针对海岸线。海岸线的提取是海岸带信息提取的重要组成部分由于海岸线形状和位置复杂多变，手工提取海岸线的工作量大，精度低。该平台提供解决方案; 首先使用测绘发布的DEM数据，以0米等深线为岸线，提取高程等值点，以海岸线为参考，以图像为参考进行修改，提高效率。

具体流程如下：

首先根据DEM数据自动提取海岸线。 如果我们有一个已知的海岸线位置，通过点击选择等值线，并获得通过点击点的等值线（即海岸线）以及点击点的坐标和高程; 如果我们知道DEM数据中的海岸线高程，则可以选择获取等值线，并获得输入值高程和此高程值的一个或多个等值线。在这个过程中，我们也可以通过输入起始高程和高程间隔，存储这个间隔值以及开始和结束高程来获得轮廓。

然后在mapcontrol中打开提取的参考海岸线，将其添加到图像上进行处理。由于在这个过程中提取的海岸线是一个特征对象，因此可以根据其实际情况（如泥泞的海岸线，红树林海岸线）将其划分为不同的类别。对于海岸线，首先使用上述提到的分割线工具来处理海岸线，然后使用上述海岸线属性设置工具栏分配海岸线。

之后，以3D显示形式设置图像的基本高度，在二维显示和三维显示中修改提取的对比度下的海岸线。以下将详细考虑具体的方法：

图3.1。 通过已知海拔提取的海岸线。

图3.2。通过已知点提取的海岸线

D.三维提取

三维提取弥补了二维自动海岸线提取的不足，主要针对两种情况：一是在平坦的景观中，数字高程模型的高程精度可能导致所提取的海岸线是根据该区域的像素值计算的区域或计算线，从而影响采掘海岸线位置的准确性。在三维视景中可以获得对海岸线位置及其信息的准确判断，并与二维产生的海岸线进行对比。另一方面，在地形变化明显的地方（如悬崖，悬崖等），等高线非常密集，数字高程模型的高程精度可能会导致海岸线在高程上发生较大变化甚至丢失，影响高程精度提取的海岸线。不同的视角可以在三维视觉场景中调整高程的精确定位，并与二维产生的海岸线进行对比。

三维显示使用ArceEngine中的SceneControl控件设置图像的基础高度。为了提高3D浏览速度，在ArcGIS显示网格数据之前处理纹理和分辨率，这种三维显示策略提高了显示效率，但是降低了显示精度。本模块处理的数据大多数是岛数据，其数据量不大，数据量小，不影响显示效率，但对定位精度要求较高。为了使用户准确选择位置，必须保证三维显示效果。

为了加强三维显示效果，请设置三维表面的网格分辨率和网格纹理逼真度。设置网格采样率与图像的行列数相同，确保不丢失准确性，设置纹理保真度最高。

这个模块的二维修正过程是：在对二维提取的参考海岸线进行视觉修正时，如果由于这个地方的特殊地形

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