基于局部自适应阈值的GF-3 SAR影像洪涝水体提取

基于局部自适应阈值的GF-3 SAR 影像
洪涝水体提取
杨雨晴1，王冬梅2，徐 佳1
（1.河海大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 210098；2.江苏省水利科学研究院，江苏 南京 210017）
摘 要：针对全局阈值法在大场景SAR 图像水体提取时存在的局限性以及山体阴影对水体提取的干扰，提出一种DEM 辅助下基于自适应阈值的SAR 影像洪涝水体提取方法。

首先结合DEM 和SAR 卫星轨道参数去除山体阴影产生的辐射失真区域，利用K-means 聚类算法得到初始的水体分布图；然后在初始水体信息基础上，通过窗口提取局部区域的水体和非水体，并采用KI 算法对局部区域进行自适应阈值的计算，实现自适应阈值水体信息的快速提取。

利用湖南省东北部GF-3精细条带2成像模式（FSII ）SAR 影像进行洪涝水体提取实验，研究表明该方法既保留了水体的细节信息，又能减弱噪声、山体阴影等的影响，F-Measure 指数高于全局阈值法，其查准率较全局阈值法提高了7.97%，尤其适用于含山区影像的大范围洪涝水体快速提取。

关键词：高分三号；合成孔径雷达（SAR ）；数字高程模型（DEM ）；自适应阈值；洪涝灾害监测中图分类号：P237 文献标志码：B
文章编号：1672-4623（2021）06-0054-06
洪涝灾害具有持续时间短、危害性大等特征，一直危害着人类社会的发展。

因此，及时防御洪涝灾害，减少灾害损失，保障人类安全，显得至关重要[1]。

基于卫星遥感技术，人们可实现快速、准确的洪涝淹没范围提取，直观地显示其空间分布及其动态变化和发展规律，从而使得其在洪涝灾害监测中发挥着越来越重要的作用[2]。

经过近几十年的探索和实践，基于遥感技术的洪灾应用，逐步形成了贯穿于灾前、灾中和灾后全过程的洪涝灾害监测。

水体信息提取是洪水监测的出发点。

传统的监测方法主要通过采样调查，耗时耗力，花费巨大，遥感技术的发展和应用则提供了一种新的选择。

光学传感器虽然有着较好的洪水监测潜力，但时间分辨率和空间分辨率往往不能兼顾，且易受云层和天气影响，而合成孔径雷达（SAR ）受多云与阴雨天气影响小，可实现全天候、全天时的大面积观测[3]
， 已成为洪涝灾害监测的重要技术手段。

一直以来，我国在民用SAR 遥感卫星方面与其他发达国家存在较大差距。

2016-08-10成功发射的高分三号卫星是我国首颗C 频段多极化高分辨率SAR 卫星，其具有高分辨率、大幅宽、多成像模式等特点，缓解了我国SAR 数据的短缺问题，为洪涝灾害研究提供了重要的数据源。

对于洪涝灾害遥感监测而言，从遥感影像中快速准确地提取洪涝水体信息至关重要。

基于SAR 影像的水体信息提取方法
[4]
主要有阈值分割法、机器学习法、
曲线演化法等。

由于洪涝灾害监测属于应急监测，更
侧重于较高的提取速度，因此阈值分割法在SAR 影像洪涝水体提取中应用最为广泛，如李景刚等[5]
采用改
进的OTSU 法进行水体提取研究；郭欣等
[6]
采用双峰
法和OTSU 法对Sentinel-1A SAR 影像进行洪涝淹没监测等。

然而在大场景SAR 影像中水体目标相对于整幅影像占比一般较小，全局阈值法往往提取效果不佳，特别是当研究区内存在地形起伏的山区时，山体阴影亦会对水体提取造成干扰。

因此，不少学者提出了改进算法，如安成锦等
[7]
利用多阈值分割方法进行了
SAR 图像水域分割；Junhua 等
[8]
结合纹理信息，采用
非监督K-means 聚类获取初始水体范围；庞科臣等
[9]
利用改进的OTSU 法对DEM 数据进行分割来去除误提为水体的山体阴影。

本文在以上研究的基础上，针对高分三号SAR 影像特点，提出了一种DEM 辅助下基于局部自适应阈值的SAR 影像洪涝水体提取方法，利用GF-3精细条带2成像模式（FSII ）SAR 影像进行洪涝水体提取实验，并实现了对湖南省东北区域洪水淹没范围的快速提取。

1研究区和数据介绍
实验区位于湖南省东北部，如图1b 所示。

该实验
区位于益阳市和长沙市交接处，其中，宁乡市所占面积最大。

宁乡市，原名宁乡县，2017年撤县建市后，成为湖南省长沙市管辖下的县级市。

该实验区介于 112°07′E ～112°44′E ， 28°03′N ～28°31′N 之间，
收稿日期：2020-12-08。

项目来源：江苏省科技厅创新能力建设计划—省属公益类科研院所自主科研经费项目（BM2018028）
；江苏水利科技项目（2020061）。

doi:10.3969/j.issn.1672-4623.2021.06.015
·55·
第19卷第6期属中亚热带向北亚热带过渡的大陆性季风湿润气候，四季分明，温度适宜，雨水充足，寒冷期短，炎热期长。

每日平均气温16.8℃，每年平均降水量1 358.3 mm 。

内部有沩水河及其他支流穿过，有较多山地分布，山间有较小的湖泊和水洼。

境内地貌以山地、丘岗、平原为主，平均海拔高度为153 m 。

本文实验数据采用一景GF-3 L1影像、SRTM DEM 数据和两景Sentinel-2A 数据。

高分三号数据的获取时间为2017-07-09，成像模式为精细条带2模式，极化方式为HH 和HV 双极化，距离向分辨率为1.1 m ，方位向分辨率是5.8 m ，入射角为27.8°，如图1c 所示，该RGB 图像由R ：HV 极化；G ：HH 极化；B ：HV 极化组成。

Sentinel-2A 的获取时间为2017-05和2017-07，产品级别为Level-1C ，是经正射校正和亚像元级几何精校正后的大气表观反射率产品，其中5月数据为灾前数据，7
月为验证数据。

a
⎂ Ⱝ
b SAR
ճ 㞞
图1　研究区示意图
2研究方法
为解决大场景SAR 影像中水体目标占比较小问
题，本文首先将原始影像划分为K ×K 个局部区域，然后进一步将每个局部区域分为N ×N 个子块，通过统计子块中初始水体和非水体的比例来筛选子块，从而提高局部区域中水体占比。

同时，考虑到山体阴影会造成水体误提和辐射失真，在阈值分割前，利用DEM 和SAR 轨道参数信息生成阴影掩膜文件从而去除SAR 图像的辐射失真区域。

本文提出的适用于高分三号SAR 影像的洪涝水体提取算法流程如图2所示，主要包含5个步骤：①影像预处理：对GF-3数据进行辐射定标、多视、滤波、地理编码等处理；②山体阴影掩膜文件制作：将DEM 和SAR 轨道参数信息相结合，生成阴影掩膜文件；③初始水体分布获取：利用山体阴影掩膜文件去除SAR 图像的辐射失真区域，然
后将K-means 聚类方法应用于阴影掩膜后的SAR 图像，得到初始的水体分布图；④洪涝水体自适应阈值提取：对影像分区分块处理，利用KI 方法对优化后的局部区域进行阈值分割，提取最终的洪涝灾区水体范围。

⑤洪涝灾害监测：以Sentinel-2A 数据为参考，提取灾前水体分布图，并将本文方法提取的灾后水体分布图与其进行差分处理，得到洪水分布图。

图2　水体信息提取流程
2.1 山体阴影检测
由于SAR 成像系统为侧视成像，SAR 图像存在固有的几何失真，在地形起伏较大的山区更容易产生。

受山体的影响，背向坡将无法获得雷达波束，在影像上就形成阴影，阴影区的大小取决于俯角和斜坡坡度两个参数。

雷达阴影在图像相应位置呈现暗色，即使图像经过正射校正，雷达阴影区的信息也无法得到补
偿，其后向散射系数和水体的后向散射系数仍然接近，使得图像分割无法有效区别阴影和水体信息。

因此，为了消除山体阴影的影响，本文首先采用DEM 数据模拟SAR 图像，然后根据阴影区的低亮度特性，从模拟SAR 图像中检测山体阴影并将其掩膜。

由雷达成像原理可知，DEM 模拟SAR 图最主要的影响因素是本地入射角的大小，其计算公式[10]
为： θ1=arccos
(1tan tan )++cos tan θθθ221/2+θθC A C sin
（1）
式中，θ为雷达入射角；θA 、
θC 为分辨单元在距离向和方位向的坡度角。

在模拟雷达图像时，首先根据分辨率单元的大小将地面分成格网，对地面不同部分的雷达波束入射角进行计算。

由于雷达图像为斜距成像，需考虑地距和斜距的关系，即：
R =G /sin θ
（2）
式中，R 为斜距；G 为地距；θ为雷达波束入射角。

杨雨晴等：基于局部自适应阈值的GF-3 SAR 影像洪涝水体提取
地理空间信息
·56·
第19卷第6期
根据地物的散射特性和成像原理，按雷达方程和灰度方程，计算每一块地面单元的散射回波强度[11]。

雷达
方程式如式（3）所示：
p A r =∆(4)p G t π2234
λR σ0
（3）
式中，p r 为接收功率；p t 为发射功率；G 为天线增益；λ为波长；R 为天线和目标直接的距离；σ0
为后向散射系数；ΔA 为分辨单元。

2.2 KI 阈值分割算法原理
陆地水域以镜面散射为主，比植被、城镇等非水体表面的后向散射弱，因此可通过阈值分割方法提取水体信息，当图像的后向散射强度x 小于阈值时定义为水体，大于阈值定义为非水体。

本文采用KI 算法进行图像分割，该方法由Kittler 和Illingworth 于1986年提出，以图像的概率分布为特征，基于最小错分率和贝叶斯理论来进行阈值选择
[12]。

在代价函数的辅助下，当满足总体分类代价最小时即可获得具有最小错分率的结果。

在KI 算法中，假设直方图为h (x )，则通过以下目标函数寻找最优阈值： J T P T T P T ()
()(ln(())ln(()))=−∑i =2
1
i
i
i
σ
（4）
其中
P T h x 1()()=∑x T ≤ （5） P T h x 2()()=∑x T ＞ （6） µ（）=1T xh x P T 1
1
()∑x T ≤() （7） µ（）=2T xh x P T 21
()∑x T
＞() （8） σµ（）=11T x T h x P T 11
()
∑x T
≤[()]()−2 （9） σµ（）=
22T x T h x P T 21
()
∑x T
＞[()]()−2 （10）
这种利用控制最小化分类误差而确定阈值的方法
可以通过最小化函数而获得
[13]
，即
T *=argmin J (T ) （11）
式中，T *为最优阈值，即分割阈值。

2.3 基于局部自适应阈值的水体信息提取
考虑到大场景SAR 影像中水体目标占比较小，全局阈值法难以获得满意的提取效果。

本文通过对原始影像分区分块，在局部区域中利用KI 算法计算自适应的局部阈值，实现影像的水体和非水体精确分割。

具体步骤如下：
1）提取局部区域。

将影像分为K ×K 个局部区域，K 值大小可根据影像大小适当选取，本文K 取6。

2）获取新的局部区域。

当水体占影像比例较小或较大时，KI 方法计算的阈值都不准确，因此为了提高阈值计算的准确性，进一步将每个局部区域分为N ×N 个子块，根据初始水体分布图对子块进行筛选，当该子块满足水体占图像一定比例（0.5±0.15）时，将这些子块中的所有像元作为新的局部区域。

3）计算局部区域阈值。

根据上一步中提取的所有像元值进行判断：当局部区域内几乎完全为水体或非水体时，以全局阈值作为该窗口的阈值；当局部区域有水体与非水体时，将提取的所有窗口的像元值（即新的局部区域）通过KI 算法计算出水体和非水体的分割阈值。

4）水体分布图。

将3）的结果代入原始影像，进行阈值分割，得到水体分布图。

3实验结果分析
3.1 数据预处理
本文使用PIE 软件进行GF-3 SAR 数据预处理工作，具体包括影像数据导入、辐射定标、复数据转换、多视处理、滤波、地理编码、转dB 影像、研究区裁剪等。

其中多视处理选择距离向和方位向的视数为5和2；滤波过程中选择7×7窗口的EnLee 滤波器进行滤波处理。

最终获得空间分辨率为15 m ，WGS-84坐标系下的后向散射系数影像，如图3
所示。

a HH 极化影像
b HV 极化影像
图3　GF-3 SAR 影像后向散射系数影像
·57·第19卷第6期杨雨晴等：基于局部自适应阈值的GF-3 SAR影像洪涝水体提取
3.2 山体阴影掩膜
为了便于后续实验的顺利进行，本研究结合DEM和SAR轨道参数生成了SAR模拟图，如图4所示，可以发现在SAR模拟图中，阴影区域表现为黑色，后向散射系数相对较低，因此通过分割阈值的方法可以提取山体阴影区域，如图5所示，并制作山体阴影掩膜文件，去除山体阴影对水体提取精度
的影响。

图4　SAR模拟图 图5　山体阴影提取
3.3 自适应阈值实验结果分析
为了解决全局阈值难以准确提取水体信息的问题，
本研究以HV极化为例进行自适应阈值实验研究。

首
先采用非监督分类K-means聚类方法对山体阴影掩膜
后的影像进行分类（K=15），并选择聚类1和聚类2
组合为水体类，其他的为非水体类，得到初始的水体
范围，如图6所示。

从图6可以发现该方法得到的水
体分布图存在大量噪声，有部分裸地、土壤等地物的
影响，但是由于山体阴影掩膜的加入，山体阴影的影
响被有效消除。

接下来将山体阴影掩膜后的影像和初始水体分类
图分为N×N个局部区域（N的值适影像质量和大小
而定，此实验N=6），在初始的水体范围基础上，用
10×10的窗口对每个局部区域进行计算，统计像元值
满足水体占图像一定比例（0.5±0.15）的所有窗口，
将这些窗口中的所有像元作为新的局部区域的水体和
非水体，并用KI法进行阈值分割。

若局部区域内完全
为水体或非水体时，以KI全局阈值作为该窗口的阈
值；若局部区域有水体与非水体时，将提取的所有窗
口的像元值（即新的局部区域）通过KI算法得到水体
和非水体的分割阈值。

然后对原始影像进行阈值分割，
得到最终的水体分布图，如图7所示。

图8为KI方法
对山体阴影掩膜后的影像进行全局阈值的结果，可以
发现全局统一阈值结果存在部分噪声，且有裸地等地
物的误提和少量河流出现断层现象。

从图7、8可以看出，与全局阈值分割结果相比，
自适应阈值分割结果噪声有所降低。

区域1为沩水下
游区域，如图9a和10a所示。

使用全局统一阈值提取
水体时，阈值偏小，河流呈现断断续续状态，如图9a
红色框中所示，出现了漏提现象。

而自适应阈值的水
体提取过程中，该现象有所改善，阈值相对较大；区
域2为沩水中下游河流，如图9b和10b，全局统一阈
值法在水体提取过程中，阈值偏大，由于裸地等的后
向散射系数与水体的后向散射系数相近，则会被分为
同一类，误提现象明显，如图9b红色框中所示。

而自
适应阈值法可以有效降低其他易混淆地物的干扰；区
域3为七家湾区域如图9c和10c，该区域水体内部被
两条大坝所分隔，从全局阈值分割的结果图可以看出，
左边的大坝出现断断续续现象，有部分被错分为水体，
右边的大坝缺失比较严重，大部分被错分为水体，而
在自适应阈值水体提取中，左边的大坝则被完整的分
割为非水体部分，右边的大坝的分割结果也有所改善。

图6　初始水体分布图图7　自适应阈值分割结果图8　全局阈值分割结果
地理空间信息
·58·第19卷第6
期
a 区域1
b 区域2
c 区域3
图
9　全局阈值水体提取局部放大结果
a 区域1
b 区域2
c 区域3
图10　自适应阈值水体提取局部放大结果
3.4 水体提取精度验证
本文以灾后7月该地区的Sentinel-2数据为参照数
据，将GF-3 SAR数据水体提取结果与Sentinel-2数据
的水体提取结果进行比较，采用查全率、查准率和虚
警率3个指标对本文提出的自适应阈值水体提取方法
和全局单一阈值水体提取方法进行优劣性评价，查全
率越高，提取结果可靠性越高，查准率越高，监测准
确性越高。

随机选取局部区域进行精度评定，统计结
果如表1所示。

表1　水体提取精度对比
方法F-Measure指数/%查全率/%查准率/%虚警率/%
全局统一阈值83.8185.1782.4917.51
局部自适应阈值85.6181.2690.469.54
从表1可以看出，在查全率相差不到4%的情
况下，从监测准确性出发，查准率从82.49%提升到
90.46%，上升了7.97%。

综合考虑查全率和查准率的
指数F-Measure，局部自适应阈值方法要优于全局统一
阈值方法。

3.5 洪涝灾害监测实验结果分析
该区域在2017-06-10～2017-07-03时间段发生连
续降雨现象。

本研究对2017-05-18的Sentinel-2A影像
和2017-07-09的影像分别进行了水体提取，获得灾前
和灾后水体，再将灾前和灾后水体叠加，获得最终的洪
水分布图。

比较该区域的灾前灾后的水体叠加图，可以
发现团头湖附近有明显的水体变化情况，如图11
所示。

灾前水体灾后水体
图11　团头湖洪水分布图
4结　语
本研究基于高分三号数据，提出了一种有效的地
形数据支持下的自适应阈值洪水水体提取方法。

本文
以湖南省东北部地区为研究对象展开实验，主要结论
如下：
1）该研究区水体面积占整幅影像的比例较小，
KI法计算的阈值偏大。

利用自适应阈值水体提取的方
法可以有效获取水体信息，去除部分裸地、土壤等地
物的影像，并保留了水体的细节信息。

2）在SAR影像中阴影信息必不可少，且会对水
体的提取造成一定的干扰。

本文加入了地形数据，去
除了辐射失真区域，有助于获得更准确的水体-非水体
·59·第19卷第6期
信息。

3）从该实验区的洪涝灾害监测的实验结果来看，该方法对快速、准确的洪涝灾害监测具有很好的适用性。

本文方法也有不足之处，由于KI法计算的全局统一阈值偏大，因此保留了河流边缘的细节信息，导致噪声和相似地物的干扰也会增强，而本文的方法虽然大大减少了噪声和相似地物的影响，但是有些地方的水体细节保留情况不如KI法计算的全局统一阈值方法，使得查全率低于KI法计算的全局统一阈值的查全率。

参考文献
[1]郑伟,刘闯,王正兴.基于ENVISAT-ASAR数据的洪涝水体
空间分布信息提取[J].自然灾害学报,2009,18(4):120-124 [2]李小涛,黄诗峰,孙涛.洪涝灾害遥感监测与评估系统的实现
和应用[J].水电能源科学,2012,30(5):115-118
[3]Zhang M, Li Z, Tian B, et al.The Backscattering Characteristics
of Wetland V egetation and Water-level Changes Detection Using Multi-mode SAR:A Case Study[J]. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation,2016,45(1):1-13 [4]李丹,吴保生,陈博伟,等.基于卫星遥感的水体信息提取研究
进展与展望[J].清华大学学报(自然科学版),2020,60(2):147-161 [5]李景刚,黄诗峰,李纪人.ENVISAT卫星先进合成孔径雷达
数据水体提取研究—改进的最大类间方差阈值法[J].自然灾害学报,2010,19(3):139-145
[6]郭欣,赵银娣.基于Sentinel-1A SAR的湖南省宁乡市洪水淹
没监测[J].遥感技术与应用,2018,33(4):646-656
[7]安成锦,牛照东,李志军,等.典型Otsu算法阈值比较及其
SAR图像水域分割性能分析[J].电子与信息学报,2010,32(9):
2 215-2 219
[8]Li J, Wang S. An Automatic Method for Mapping Inland
Surface Waterbodies with Radarsat-2 Imagery[J]. International Journal of Remote Sensing, 2015, 36(5-6):1 367-1 384
[9]庞科臣,陈立福,王思雨.融合DEM去除山体阴影的水体提
取方法[J].电子科技,2016,29(4):76-78
[10]孙亚勇,李小涛,杨锋杰,等.基于星载SAR数据的山区水
体提取方法研究[J].中国水利水电科学研究院学报,2014, 12(3):258-263
[11]杨存建,魏一鸣,王思远,等.基于DEM的SAR图像洪水水
体的提取[J].自然灾害学报,2002(3):121-125
[12]Kittler J, Illingworth J. Minimum Error Thresholding[J]. Pattern
Recognition, 1986, 19(1): 41-47
[13]申邵洪,谭德宝,陈蓓青.基于KI算法的多时相ASAR影像
水面信息变化检测[J].长江科学院院报,2008(2):29-3
第一作者简介：杨雨晴，主要从事方向遥感图像处理工作。

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附表1 文献类型和标识代码
参考文献类型文献类型标识代码普通图书M
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汇编G
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期刊J
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报告R
标准S
专利P
数据库DB
计算机程序CP
电子公告EB
档案A
舆图CM
数据集DS
其他Z
附表2 电子资源载体和标识代码
电子资源的载体类型载体类型标识代码
磁带（magnetic tape）MT
磁盘（disk）DK
光盘（CD-ROM）CD
联机网络（online）OL
注：1、英文和中文参考文献的要求、格式一样。

2、不能少于7条。

3、作者人数在3个以上时写出3个加“等”字，只有3个
或不足3个则全部写出。

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于该条文献最后，用“.”与之前内容间隔。

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参考文献的
排序为在正文中首次出现的顺序，对于不能在正文中明确标注的文献，一律放在所有能标注文献的后面。

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杨雨晴等：基于局部自适应阈值的GF-3 SAR影像洪涝水体提取
Index (Vol.19,No.6)
GEOSPATIAL INFORMATION
·V ·
Research on Scheduling and Rendering of Large Scale Land Survey Data by LAI Yun Abstract In this paper, we illustrated the differences and correlations between
cartographic data and GIS data, and taking the third national land survey
data of Hubei Province for sample, designed a scheduling scheme for large
scale land survey data in mobile environment. And then, taking .vtpk and
.geodatabase as data storage formats, we used asynchronous loading method
to conduct experiments. The experimental result shows that this method can
realize the scheduling and fast rendering of large scale land survey data in mobile
environment. The method has been applied to the land survey data management
mobile system of Hubei Province, which mainly serves the management of natural
resources, and has achieved good application results.
Key words cartographic data, GIS data, vector tile, vtpk (Page:46)
Design and Implementation of Straw Burning Satellite Monitoring Service
Platform by ZHAO Yonghui
Abstract Based on the analysis of the problems existing in the straw burning
fire monitoring by environmental supervision departments, combining with the
business requirements, we deeply studied the key technologies such as full-automatic
operation, unified front-end development framework of mobile terminal and
PC terminal, data storage and service release. Based on the multi-source satellite
remote sensing data receiving and processing technology and comprehensive
visualization technology, we put forward the overall design framework of unified
straw burning satellite monitoring service platform at PC terminal and mobile
terminal. This platform was applied in the straw burning satellite remote sensing
service platform of Henan Province, which could provide supervision basis for
straw burning prohibition, and help fight the blue sky defense war.
Key words straw burning, fire monitoring, satellite remote sensing, WebGIS,
mobile terminal (Page:49)
Flood Water Extraction from GF-3 SAR Images Based on Local Adaptive
Threshold by YANG Yuqing
Abstract In view of the limitations of global threshold method in large scene
SAR image water extraction and the interference of mountain shadow on water
extraction, we proposed a DEM assisted method for SAR image flood water extraction based on adaptive threshold. Firstly, combining with DEM and SAR satellite
orbit parameters, we removed the radiation distortion area generated by mountain shadow, and used K-means clustering algorithm to obtain the initial water distribution map. Then, based on the initial water body information, we extracted the water body and non-water body in the local area through the window, and used KI algorithm to calculate the adaptive threshold of local area, so as to realize the rapid extraction of the adaptive threshold water body information. Finally, we used the GF-3 fine strip 2 imaging mode (FSII)SAR image in northeastern Hunan Province to extract the flood water. The research shows that the method not only keeps the details of the water body, but also weakens the influence of noise and the mountain shadow. F-measure index is higher than the global threshold method, and its precision rate is higher 7.97% than the global threshold method, which is especially suitable for rapid extraction of large area flood water with mountain area image.
Key words GF-3, synthetic aperture radar, digital elevation model, adaptive threshold, flood disaster monitoring (Page:54)
Precision Comparison of Height Anomaly Based on Multi-class Earth Gravity
Field Model by HE Yajun Abstract In this paper, we used the latest multi-class earth gravity field model to analyze the accuracy of GNSS height anomaly. We compared GNSS/leveling data of a survey area in China with earth gravity field model solution value, and then selected a gravity field model with better accuracy. In the survey area, the solution accuracy is 21.09 cm and the accuracy after eliminating system bias is 3.94 cm. The result shows that there is a system bias between gravity quasi-geoid determined by the earth gravity field model and the GNSS/leveling quasi-geoid in this area. The accuracy of the result after eliminating system bias is improved, which can play a certain role in railway engineering measurement.
Key words earth gravity field model, GNSS height anomaly, system bias, Quasi-geoid (Page:60)
Research on Construction of Visualized Mine Platform Based on 3DGIS by GUO Xiangqian Abstract The construction technologies of visualized mines and mining areas includes the establishment of high-precision, dynamically updated 3D geodetic models, equipment models, virtualization environment system integrating the top and bottom of wells, and a series of technologies to realize the integration and application of all kinds of mine information based on high-precision models. In this paper, we used the virtual visualization technology to show mines, and achieved multi-sectoral, multi-professional, multi-level integration and application of spatial business data, which could provide services for mine safety production monitoring, hazard source warning and so on.Key words 3DGIS, vitrification, data warehouse, platform (Page:64)Accuracy Analysis of BDS-2/BDS-3/GPS Precision Point Positioning by SHI Sichao Abstract In order to further compare and analyze the precision point positioning accuracy of different combinations of BDS-2, BDS-3, and GPS, we selected the
seven-day measured data of five continuous IGS tracking stations, and analyzed the static and dynamic precision point positioning accuracy in the seven different situations of BDS-2, BDS-3 and GPS. The results show that the current precision
point positioning accuracy of BDS-2 is lower than that of BDS-3 and GPS, while the combined positioning accuracy of BDS-2/BDS-3 is equivalent to GPS, and the positioning accuracy of any combination of three is better than any single system. Among them, the BDS-2/BDS-3/GPS combined positioning accuracy is the highest, which is more than 60% higher than the BDS-2 single system positioning accuracy, more than 50% higher than the BDS-3 single system positioning accuracy, and more than 40% higher than the GPS single system positioning accuracy.Key words BDS-2, BDS-3, GPS, precise point positioning (Page:68)Development of CDGS Suitability Evaluation Information Service System Based on OSGIS by CUI Fangzi Abstract In this paper, we analyzed the necessity of application research of CDGS information service system at first. And then, based on open source geographical information services such as WebGIS network publishing, SOA architecture, MapWorld service, combining with the characteristics of CDGS suitability evaluation spatial data, we expounded the overall design, key technologies and implementation of the CDGS suitability evaluation information service system, which could provide informatization, networking, standardization and scientific management means for CDGS comprehensive geological investigation.Key words CDGS suitability evaluation spatial data, WebGIS network publishing, SOA architecture, MapWorld service (Page:72)Comparative Analysis of the CMONOC Network Solution Accuracy by Tropospheric Mapping Function Model by SHI Ding Abstract In this paper, we introduced NMF , VMF1 and GMF in detail at first. Based on the observation data of CMONOC and IGS stations, we used GAMIT/GLOBK software to analyze the influence of tropospheric mapping function on the calculation accuracy of CMONOC network. The experimental results show that the accuracy of NMF , VMF1 and GMF mapping function models are similar. Considering the global applicability of the mapping function model, GMF mapping function model is recommended.Key words refractive delay, mapping function, CMONOC, GAMIT/GLOBK (Page:75)Application of Python-based obtaining POI in Urban Geographical Conditions
Monitoring by FANG Detao Abstract In this paper, we used Python programming language, standard library and third-party modules to compile programs to obtain POI data of map education and medical institutions, which could be used as a supplement to the data of schools and hospitals in the geographical unit results of basic geographic conditions monitoring. Then, based on the statistics and monitoring data of urban population and land use, we analyzed the distribution status, coverage and per capita land area of urban basic public service facilities. Through the analysis, we found that the per capita area of educational land and medical land in Dandong City is 4.31m 2 and 0.51m 2 respectively, which were in the front rank of 10 state-administered cities in Liaoning Province. The acquisition of POI data by Python programming can be an important supplement in the urban geographical conditions monitoring.Key words Python, POI, geographical conditions monitoring, spatial pattern (Page:79)Best Choice of Projection Screen and Viewing Position in Qingtianhe T ourist Attraction by LAN jinjing Abstract In this article, we briefly introduced the application of surveying and mapping in cultural tourism development planning. Through the measurement and design of vacation tourism sightseeing platform and large projection screen, the rigorous coordinate conversion, mathematical calculation and audio-visual effect matching, on the cliff opposite the monkey hill, we determined the size, position and the best viewing position of the projection screen by the lofting function of the total station without prism.
Key words tourism culture, projection screen, position, coordinate system, linear equation, coordinate transformation (Page:83)
Research on BIM Model Technology for Geotechnical Investigation with
Multiple Data Coupling by ZHANG Hongfei Abstract According to the requirements of the construction project, the
geotechnical engineering investigation shall identify, analyze and evaluate the geological and environmental characteristics and geological conditions of the construction site. The core of BIM is to establish a virtual 3D model, which has the advantages of visualization, coordination and simulation. The BIM model of geotechnical engineering investigation integrates the spatial information of geological and environmental characteristics and geological conditions of the construction site, including surface DEM model, remote sensing image, geographical base map, geological map, ground object model, underground 3D structure model and geological physical and chemical attribute model, and constructs a multi-level 3D model of the site area. Geotechnical engineering investigation BIM model needs to integrate a lot of surface and underground data to display 3D model. On the basis of this, we discussed the key technologies of the
current BIM technology on the surface of the original data set coupling, coupling of
underground original data of surface and underground original data coupling integrated display. Combining with the development trend of the geotechnical engineering, we put forward the application prospect of geotechnical engineering BIM model.
Key words geotechnical engineering investigation, data coupling, BIM model (Page:86)。