长江口淤泥质潮滩高程遥感定量反演及冲淤演变分析

长江口淤泥质潮滩高程遥感定量反演及冲淤演变分析

【摘要】：淤泥质潮滩作为陆海相互作用的敏感地带，滩面泥泞、潮沟密布、变化频繁，常规地形测量难度较大。由于淤泥质潮滩具有一些能被可见光和近红外传感器探测到的特征，所以遥感技术为其地形信息提取和定量反演提供了广阔的前景。本论文首先利用多时相卫星影像资料及海图资料，结合实地调查完成了上海市不同时期的滩涂资源解译工作，统计结果为探明上海市滩涂资源总量及其变化规律提供了科学依据。利用遥感水边线方法和数值模型建立淤泥质潮滩的数字高程模型(DEM)。作者在分析长江口区不同浓度水体与背景地物光谱特征的基础上，利用多时相卫星遥感影像，采用决策树方法及区域增长算法提取水边线信息，提高了水边线提取效率和精度。利用国际上成熟的水动力数值模型(Delft-3D)模拟卫星过境时刻的潮位。最后，对具有高程值的水边线系列利用不规则三角网(TIN)完成插值，生成潮滩的数字高程模型。将得到的初始高程模型输入水动力模型，细化原来的地形条件重复运行模型，并将模型结果与水边线提取结果对比，进一步微调潮滩地形，直到模型模拟的水边线与卫星影像提取的水边线满足精度要求为止。作者以九段沙为主要研究对象，为消除潮滩冲淤变化的影响，选取相近年份的遥感数据为数据源，利用上述方法建立了不同时间段内的潮滩高程模型，并通过对比分析研究了长江口深水航道工程对九段沙冲淤演变的影响。以多时相高分辨率航空影像为数据源，在分析潮滩的动力沉积、动力地貌和光谱信息特征的基

础上，进行了崇明东滩潮沟信息的提取。根据上述的提取结果研究了Horton定律在崇明东滩潮沟系统中的适用条件，并利用Horton定律及分形分维理论从定量角度分析潮沟形态变化。利用水边线高程反演技术，结合实测潮沟宽深比资料实现了潮沟地形反演，使潮滩地形得到更精细的刻画。利用大量的实测植被光谱及生态调查数据，利用主成份分析方法(PCA)分析了潮滩植被光谱信息与生态环境因子的关系，并以此为基础将植被覆盖度指数(FVC)、潮滩高程、潮沟等信息作为植被分类的辅助信息。在植被初次分类的基础上，构造模糊矩阵，根据辅助信息对不同植被类型的隶属关系对误分的像元进行二次分类，从而提高了潮滩植被分类的精度。为了得到潮滩的沉积速率，本文利用不同年份的水边线位置和实测的高程剖面，计算了潮滩不同部位的多年平均沉积速率，并分析了潮滩冲淤的空间差异及影响因素。结合上述高程反演及平均冲淤速率计算结果，探讨崇明东滩高程及沉积速率之间的相互关系。根据植被信息提取结果，研究了崇明东滩植被对潮滩沉积速率的影响，同时根据野外实测光滩区及植被区的流速、流向及悬沙浓度特征进一步研究了植被对潮滩地貌演化的影响。论文最后探讨了空间可视化技术，利用地理信息系统三维可视化功能对潮滩地形及近岸潮位、流场模拟结果进行了虚拟表达，为海洋科学研究人员进行深入、综合分析提供了技术支持。【关键词】：长江口淤泥质潮滩水动力模型分形分维模糊矩阵潮沟空间可视化

【学位授予单位】：华东师范大学

【学位级别】：博士

【学位授予年份】：2007

【分类号】：P332

【目录】：摘要6-8ABSTRACT8-12第一章绪论12-181.1选题依据和研究意义12-131.1.1选题依据121.1.2研究意义12-131.2国内外研究现状13-151.2.1国外研究现状13-141.2.2国内研究现状14-151.2.3长江口研究的现状151.3存在的问题15-161.4本文的主要工作161.5本论文的特色与创新16-18第二章海岸带滩涂资源遥感专题信息提取18-402.1海岸带的基本概念18-192.1.1岩岸182.1.2沙岸182.1.3淤泥质海岸182.1.4珊瑚礁海岸18-192.1.5红树林海岸192.2淤泥质潮滩19-222.2.1潮滩的潮位分带20-212.2.2潮滩的地貌分带21-222.2.3潮滩、滩涂与湿地的区别222.3长江口潮滩自然环境22-252.3.1长江口潮滩自然地理特征232.3.2长江口潮滩气象特征23-242.3.3长江口潮滩水文特征242.3.4长江口潮滩生物分布24-252.3.5长江口滨岸湿地开发与利用现状252.4上海市滩涂资源遥感信息提取25-402.4.1概述25-262.4.2上海滩涂资源提取与变化分析26-352.4.3崇明东滩二十多年来滩涂资源遥感监测及分析35-40第三章水边线高程反演技术计算潮滩水平冲淤速率40-563.1概述403.2水边线高程反演技术40-413.4本文方法41-483.4.1数据源41-423.4.2水边线信息提取42-463.4.3水位改正46-483.5潮滩水平冲淤速率计算48-563.5.1崇明东滩冲淤速率

计算49-523.5.2九段沙冲淤速率计算52-56第四章利用遥感水边线方法及GIS技术计算潮滩沉积速率56-884.1概述56-574.2利用遥感方法计算潮滩沉积速率574.3存在的主要问题57-584.4崇明东滩沉积速率遥感反演58-674.4.1研究资料584.4.2水动力模型58-604.4.3各高程基面转换60-634.4.4水位模拟结果验证63-644.4.5水位模拟结果及对应水边线提取结果64-674.5潮滩三维地形模型的建立及冲淤分析67-724.5.1水边线插值67-684.5.2模型迭代684.5.3精度分析68-704.5.4冲淤初步分析70-724.6九段沙冲淤速率遥感反演72-814.6.1高程遥感反演技术72-784.6.2结果分析78-814.7北槽拦门沙冲淤速率计算及工程影响81-884.7.1数据获取与研究流程81-824.7.2应用结果分析82-864.7.3结论86-88第五章淤泥质潮滩冲淤速率与植被关系探讨88-1125.1淤泥质潮滩植被信息提取885.2植被信息提取方法88-1025.2.1实地光谱测定88-895.2.2生态影响因子调查895.2.3植被光谱信息89-905.2.4测量光谱数据处理90-925.2.5基于辅助信息的盐沼植被分类92-1015.2.6多源数据综合分类及精度检测101-1025.2.7主要结论1025.3植被对潮滩沉积速率的影响研究102-1125.3.1崇明东滩水文泥沙数据测量103-1045.3.2结果分析104-1075.3.3崇明东滩植被信息遥感提取107-1085.3.4崇明东滩冲淤与植被关系探讨108-112第六章潮滩潮沟遥感专题信息提取及其分形分维研究112-1276.1概述112-1226.1.1研究区域113-1146.1.2数据源和研究方法114-1226.2潮沟地形遥感高程反演技术122-1256.2.1潮沟地形反演技术1226.2.2资料来源122-1246.2.3崇明东滩地形流场及水