地理信息系统原理与方法结课论文(2)

另外为保证数据几何精度的一致性，需要对所选影像进行预处理。主要包括：①对部分几何处理精度低的影像利用 ERDAS 软件进行图像配准，配准精度小于 0.5个像元；②对于成像质量不好或有薄云覆盖的影像，进行图像增强；③由于 Landsat 7 ETM+机载扫描行校正器（SLC）故障导致 2003年 5月 31 日之后获取的图像出现了数据条带缺失，影响使用，采用 SLC-off模型加以修复。为了遥感影像数据解译的准确性，于 2012年 7 月开展江苏海岸带的现场勘察，同时结合其他文献资料作为遥感数据的补充。

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（2）岸线提取和数字化。岸线提取是将所需的海岸线的资料从所得到的全部数据资料中提取出来，以便于精确处理海岸线的数据资料。数字化是将提取出的海岸线的影像资料转化成数字的形式，更利于计算机的输入存储和输出，为下一步的运用计算机进行图像制作奠定基础。海岸线一般指海陆交界线，为多年平均大潮高潮时水陆分界的痕迹线，受自然和人为因素影响，海岸线始终处于动态变化中。海岸线的高度动态性决定了现实中并不存在一条固定的“线”，通常根据具体情况采用不同的岸线指标（shoreline indicator）或代理岸 线（shoreline proxy）来表征真实岸线的位置。

例如在文章《基于遥感和 GIS 的江苏省海岸线时空变化》中，考虑到江苏沿海海堤不断向海域推进，目前的海岸线已成为人工岸线。尽管堤坝的建设主要受人为控制，但多数堤坝在一定程度上反映了海岸的自然淤涨趋势，其实际位置在理论上基本位于海岸线向海一侧。因此，本研究采用最外侧的海堤作为岸线指标。江苏沿岸海堤多由石英质粗砂构成，成像特征明显，比较平直且清晰可辨。也有相当部分为土堤，堤顶两侧及内外坡均栽植草木，可借助位置、形态和植被特征加以分辨。但由于图像分辨率所限、多条海堤并存及其它线状地物的干扰，完全自动提取仍存在困难，本研究采用半自动化的方法提取海岸线。首先，对所选影像的近红外波段进行图像分割和阈值化处理，生成二值图像；然后，借助 ArcGIS 提供的快速矢量化工具ArcScan提取矢量的线要素；最后，对得到的矢量线要素比照原始图像进行手工编辑修改。

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（3）误差计算。误差的大小直接影响研究结果的准确度和精度，因此计算误差的值可以估计研究结果的精度问题，决定此项研究以后运用的方面和参考价值。

从遥感影像处理到数字岸线获取过程中会引入各种误差，主要包括季节误差（记为es）、几何校正误差（记为eg）、地形校正误差（记为 e）、 t 配准误差（记为er）、数字化误差

（记为ed）。在以大堤作为岸线指标的情况下，理论上选择冬季的影像，因此时植被最少，植被的生长状况对判读大堤实际位置的影响也最小。但由于 Landsat数据自身的特性，研究区内数据的可获取性和可利用性受到限制，本研究所选影像的成像日期涵盖了一年中所有月份。而在不同的季节，大堤附近不同的植被长势会对解译大堤的准确位置带来不同的影响。春冬两季影响最小，es设为 0.5个像元；夏秋两季影响最大，es设为 1 个像元。几何校正误差和地形校正误差为影像提供下载之前处理产生的误差，都可以在元数据文件中获取。配准误差是将图像下载到本地之后，对于那些空间位置不能够很好匹配的数据进行图像配准产生的误差。因此，er值为配准过程中实际产生的总体误差。数字化误差是提取矢量岸线的过程中产生的误差。 （4）岸线变化建模。在完成数据获取预处理和岸线数据提取及误差分析后，接下来就是岸线变化建模。数字有利于计算机的输入存储和输出，但对于岸线的变化仅利用数字并不直观明显，因此需要进行岸线的变化建模，变化建摸能够直观简明的揭示出岸线的地质变化，也是利用GIS进行海岸线分析处理的关键步骤。

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常用的岸线变化建模方法是垂直断面法，该方法已由美国地质调查局开发成 ArcGIS的扩展模块 DSAS （Digital Shoreline Analysis System）。本研究即采用该工具计算江苏省岸线变化率。其中，基线（Baseline）的创建是在所提取数字岸线的基础上，利用缓冲区（Buffer）的方法通过手工修改完成。断面间隔约 1 km，与岸线的总体趋势基本垂直。4183期李行等：基于遥感和 GIS 的江苏省海岸线时空变化考虑岸线的位置不确定性（E ）， i 利用加权线性回归方法计算每条断面上的岸线变化率。第 i 条岸线的权重（w） i 等于其总的位置误差（E ） i 方的倒数，即：

wi = 1 E i2 （2）上式可以得知，岸线的位置不确定性越大，权重越小，对回归趋势线的影响也越小，而趋势线的斜率就是岸线变化率。正值表示淤涨，负值表示侵蚀。局部岸段平均岸线变化率可以通过对应范围内所有断面上岸线变化率的平均值求得。假设每条断面上加权线性回归的 95%的置信区间是随机和独立的，那么局部岸段平均岸线变化率的不确定性就可以通过下式求得。

(5)结果分析。结果分析是利用GIS进行海岸线研究的最后一步，进行结果分析不仅能够在总结本次研究中得到海岸关于研究的需求信息还能在总结此次研究的优点和不足的基础上获得经验。例如在文章《基于 GIS和分形理论的海岸线模拟方法研究》中，其具体的结果分析为：利用两种方法对海岸线进行了模拟算法的研究,着重探讨了

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科契方法在已知分维条件下的模拟,并编写了相关的程序,实际运行效果良好. 对于分维未知,即需求算分维的条件下,只要将T设为自变量,分维值就成为因变量,通过不断调整T的值,就

可以得到不同的分维值,形成的分形元不同,模拟结果也不一样.机中点细分内插法,也是如此.利用这种思路也能自行设计出其他分形元。通过上述模拟过程及结果,可以看到: a.控制点左右着曲线的大致轮廓, b.海岸线的曲折度与分维值是成正比的

c.多次模拟结果显示,在同一分维条件下,对同一海岸线进行模拟,结果是“ 随机中点细分内插法”生成的模拟岸线的曲折度往往比“改进后的科契曲线方法”的小,而“改进后的科契曲线”体现的细节比“随机中点细分内插法”更丰富.因此,在实际操作过程中,“改进后的科契曲线法” 往往用于大比例尺地图海岸线的模拟。

d.无论是“随机中点细分内插法” ,还是“改进后的科契曲线法” ,其迭代次数仅与曲线的粗糙程度有关。

e.海岸线的分形性质是客观存在的,

f.现实中的海岸线十分复杂,形状也是各异多变。在不同条件下,分形元、分维值、粗糙度、控制点等参数之间的选择,对最终模拟结果有着决定性的影响，但其内在因素、相互关系以及各种方法之间的应用条件等等问题,都值得进一步深入的研究.最后需要指出的是,由于自然界的复杂性和不规则性,任何模拟只能是建立在一定条件下、一定限度内,任何模拟结果,经过放大浏览,都会发现它们之间微结构

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