[發明專利]一種基于地形和遙感影像融合技術提取沖溝方法

有效

• 申請號: 201410049422.8
• 申請日: 2014-02-13
• 公開（公告）號: CN103940407A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 王濤;何福紅;蔣衛國;顧麗娟;張振華
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙) 37225
• 代理人: 矯智蘭

技術領域：?

本發明涉及遙感技術領域，具體地講是一種將地形信息和遙感影像融合技術應用于沖溝溝緣線的提取。該發明可用于基于光學遙感圖像，進行沖溝解譯、溝蝕研究及制圖場合。

背景技術：?

沖溝侵蝕是一種重要的土壤侵蝕方式，它不但是導致土地退化的一個重要過程，還是江河泥沙的一個主要來源。目前國內外學者主要利用地面手工測量法（Casali?et?al.,?2006;?Vandekerckhove?et?al.,?2001；）、侵蝕針(樁)監測法（Ionita?et?al.，2006；Martinez?et?al.2003）、RTK-GPS測量法（何福紅?et?al.,2005;YougqiuWu?et?al.,2005）、航片和數字高程模型（Martinez?et?al.，2003；Harley?et?al.,1999）等方法來定量研究溝蝕的發生演變規律。自20世紀60年代初航空攝影技術出現以來，遙感技術已經被廣泛應用于土壤侵蝕、沖溝溝蝕研究等領域。利用航天遙感圖像解譯土壤侵蝕的研究可以追溯到1940年（Smith?et?al.,?1943）。隨后的數十年里，諸多學者利用航空照片及攝影測量技術對沖溝侵蝕進行研究（Nachtergaele?and?Poesen,?1999;?Betts?and?DeRose,?1999；Martínez-Casasnovas?et?al.,?2003）。研究沖溝的方式是對遙感圖像，目視解譯沖溝溝緣線，由于溝緣線是一條重要的坡度分界線，其上部為坡度較為平緩的溝間地類型，其下部是坡度較為陡峻的溝谷地類型，而遙感二維圖像提供了的三維地形信息量不足以準確解譯出沖溝溝緣線，因而精度較低。另外，對北半球來說，由于資源衛星大多為太陽同步極軌衛星，其成像時間為地方時十點半。成像時，陽光從東南向射入，山脊兩側的南向坡形成光照面，北向坡為陰影面，而傳統的上北下南的影像構圖方式，使得陰影面位于光照面上方，這就形成了視覺上的反立體現象（Saraf?et?al.,?1996;?Rudnicki,?2000;?Patterson,?2004，BoWu?et?al,2012）。反立體現象，使得遙感圖像中的沖溝在視覺上表現為凸起山脊，而山脊則表現為凹陷的沖溝，增加了準確判讀沖溝的難度。因而單純基于遙感圖像解譯沖溝信息效果有限。

數字高程模型（DEM）是地表三維地形的數字表達方式，是用一組有序數值陣列形式表示地?面高程的一種實體地面模型能，是計算諸如坡度、坡向、坡度變化率等因子的數學模型。但利用DEM數據難以精確解譯沖溝溝緣線。目前，基于DEM數據計算機自動識別沖溝溝緣線的方法，但由于數據源、地貌類型的多樣性及溝緣線的多級性和層次性均導致自動識別溝緣線算法精度和通用性差。?

因此，將符合人類視覺習慣的三維地形信息融合到遙感圖像中，將增加遙感二維圖像的三維地形信息，且使得圖像空間幾何關系及紋理特征符合人類視覺習慣，有助于精確識別沖溝；并輔以由DEM數據計算的沖溝溝緣線坡度閾值數據，將有助于提高解譯沖溝溝緣線的精度。目前三維地形信息同遙感圖像相融合的方法主要有圖像南北向旋轉法、像元值逆轉法、SRM（Shaded?Relief?Model）參與的HIS融合3類。像元值逆轉法和SRM參與的HIS融合法通過修改圖像像素灰度值來實現正立體校正，但均存在很明顯的光譜信息損失。圖像南北向旋轉法盡管不存在光譜信息損失問題，但構圖方式采用上南下北構圖方式，導致較難推廣使用。?

發明內容：?

本發明的目的是克服上述已有技術的不足，而提供一種基于地形和遙感影像融合技術提取沖溝方法，主要解決SRM參與的HIS融合法方法有明顯的遙感圖像光譜信息損失的問題。

本發明的技術方案是：一種基于地形和遙感影像融合技術提取沖溝的方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：?

（１）將圖幅相同的光學遙感紅、綠、藍三波段（RGB三波段）圖像和DEM（數字高程模型）數據的坐標系統一成高斯-克呂格平面直角坐標系，并進行重采樣，使兩者具有相同的空間分辨率；

（２）將光學遙感紅、綠、藍三波段圖像（RGB色彩空間），變換至彩色亮度（Intensity）、色相（Hue）和飽和度（Saturation）空間（HIS色彩空間），獲得彩色亮度?、色相和飽和度三分量數據；

（３）根據遙感圖像成像時刻（年月日時分秒）及圖像中心點經緯度坐標，計算遙感圖像成像時刻的太陽方位角?和太陽高度角；