一種基巖海島岸線自動提取新方法

1、一種基巖海（島）岸線自動提取新方法沈蔚13，王家為1，朱瑞芳1，朱衛(wèi)東1，欒奎峰1，楊龍2（1.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海，201306；2.國家海洋局第一海洋研究所，青島，266061；3.海島（礁）測繪技術(shù)國家測繪地理信息局重點實驗室，青島，266510）1引言海岸線是海陸分界線，在我國指多年平均大潮高潮位時海陸分界的痕跡線。海岸線是劃分海洋與陸地行政管理區(qū)域的基準線，是確定領(lǐng)海內(nèi)水和陸地的分界線，是區(qū)分海洋深度基準和陸地高程基

2、準的分界線。由于自然和人為因素的影響，海（島）岸線的位置和屬性會經(jīng)常發(fā)生變化，快速準確的測定海岸線位置和屬性的動態(tài)變化是人們研究海陸相互作用、河勢沖淤、沿海圍墾、港口開發(fā)、城鎮(zhèn)擴建等必須進行的一項技術(shù)活動，也是海域管理、地形圖測繪、海道測量、海岸帶與海島調(diào)查等工作的重要內(nèi)容[1]。當(dāng)前常用的海（島）岸線提取方法可分為實地測量和遙感獲取兩種。實地測量方式受到海岸自然條件的限制，往往無法開展，同時其效率低、周期長，難以快速反映海岸線的動態(tài)變

3、化。利用遙感技術(shù)獲取海島岸線則不受地表、海況、環(huán)境等條件限制，其數(shù)據(jù)源主要有：傳統(tǒng)光學(xué)衛(wèi)星影像和部分航空影像數(shù)據(jù)、SAR數(shù)據(jù)、LiDAR數(shù)據(jù)以及視頻成像等，目前利用光學(xué)遙感影像進行海岸線的提取應(yīng)用研究較多。在光學(xué)影像數(shù)據(jù)和的提取應(yīng)用研究較多。在光學(xué)影像數(shù)據(jù)和SAR數(shù)據(jù)解譯中，除人工解譯外，主要利用圖像的邊緣檢測技術(shù)或者對圖像進行紋理分析將海岸線作為邊緣檢測出來[2]。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，自動解譯技術(shù)的水平也不斷提高，各種新的算法不

4、斷出現(xiàn)，岸線提取精度也不斷提高，此外部分學(xué)者顧及潮位、坡度與季節(jié)等一些因素的影響，提出新的方法，近一步提高了岸線提取的精度。機載激光雷達（LiDAR，LightDetectionRanging），利用飛機為觀測平臺，能夠快速獲取地球表面的三維點云數(shù)據(jù)，近年日益成熟并廣泛應(yīng)用在數(shù)字地球、數(shù)字城市、海洋、災(zāi)害、林業(yè)、電力、交通等領(lǐng)域。機載LiDAR具有采集速度快、高程精度高、外業(yè)實施和內(nèi)業(yè)處理成本低的優(yōu)點，尤其適合于人工無法測量的海島、礁石

5、、懸崖、灘涂、海冰等目標的三維測量?；贚iDAR數(shù)據(jù)提取海（島）岸線，目前大致有三種思路：（1）首先由LiDAR基金項目:上海市教育委員會科研創(chuàng)新項目（12ZZ159）、中科院空間光電技術(shù)重點實驗室開放基金項目、海島（礁）測繪技術(shù)國家測繪地理信息局重點實驗室資助項目。第一作者簡介:沈蔚（1977），男，江蘇鹽城人，博士，副教授，研究方向：海洋測繪、遙感、虛擬仿真。Email:wshen@shou.通訊作者簡介：楊龍（1979），男，內(nèi)

6、蒙古鄂溫克族自治旗人，高級工程師，從事船載三維激光測量、水下導(dǎo)航定位等工作，Email:yanglong@fio.研究亮點研究亮點：本文首次將AlphaShapes模型算法用于機載LiDAR點云數(shù)據(jù)自動提取海島岸線，為快速提取海（島）岸線提供了一種高效可靠的新方法。關(guān)鍵字關(guān)鍵字：LiDAR；AlphaShapes；海（島）岸線；機載激光雷達；提取算法中圖分類號中圖分類號：TP701文獻標識碼文獻標識碼：A摘要摘要：利用遙感手段快速準確的

7、提取海岸線，是目前海洋科學(xué)研究、地形圖測繪、海道測量、海岸帶與海島調(diào)查等工作的重要內(nèi)容。本文以海（島）岸線為研究對象，在對機載LiDAR點云數(shù)據(jù)的存儲格式、處理流程進行了分析后，基于平均大潮高潮面和激光反射強度，利用TerraSolid軟件過濾LAS格式的LiDAR數(shù)據(jù)，初步獲得海島點云，隨后引入AlphaShapes模型算法自動提取海島岸線并同步實現(xiàn)了噪音點的剔除。經(jīng)與高分辨率衛(wèi)星影像疊加對比分析，本文方法自動提取的海島岸線平面精度較

8、高，且具有良好的自適應(yīng)性、速度快、穩(wěn)定性高等特點，非常適合基巖海（島）岸線提取與繪制。3（Terran）、FMEPro、ERDAS、PCI等。2.2LiDAR數(shù)據(jù)處理TerraSolid系列軟件是當(dāng)前主流的LiDAR數(shù)據(jù)處理軟件，它基于Microstation環(huán)境開發(fā)運行，包括：TerraMatch、Terran、TerraModeler、TerraPhoto、TerraSurvey、TerraPipe、TerraSlave等模塊，可對

9、Lidar數(shù)據(jù)進行可視化、管理、編輯、分析和共享，廣泛地用于Lidar數(shù)據(jù)的后處理和各行業(yè)應(yīng)用。本文利用Terrasolid中的Terran、Terramatch模塊對某海島LAS格式的機載激光點云數(shù)據(jù)進行了航帶拼接、裁剪、異常點剔除、海島點云提取等工作，利用其數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。原始的LAS點云數(shù)據(jù)（分層設(shè)色）如圖2所示，圖3為其反射強度數(shù)據(jù)。以平均大潮高潮面（該島常年觀測值為2.5米）作為高程閾值，以確保海島能通過的反射強度（初

10、步判斷后設(shè)置為40）作為強度閾值，得到點云數(shù)據(jù)如圖4所示。在保留全部海島數(shù)據(jù)的前提下，以上步驟共計剔除約占原數(shù)據(jù)96.1%的非海島數(shù)據(jù)，極大地方便了后續(xù)岸線提取工作。載入Tscan、Tmatch模塊設(shè)置坐標系統(tǒng)載入飛行軌跡加載Lidar點云創(chuàng)建工作區(qū)（Blocks）創(chuàng)建工程（project）激光點加載到工程裁剪航線航線覆蓋范圍測區(qū)范圍推導(dǎo)航線數(shù)按航帶分類地面點計算檢校值計算測滾、俯仰、航向誤差將結(jié)果應(yīng)用到工程檢校值0.1m航帶重疊區(qū)裁剪