居 飛

（江蘇易圖地理信息工程有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

1 引 言

輻射沙洲的動(dòng)力地貌是水沙動(dòng)力長(zhǎng)期均衡作用的產(chǎn)物。各沙洲在海洋潮流的作用下既有短期運(yùn)動(dòng)，又有長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)。分析沙洲運(yùn)動(dòng)有多種方法，常用的方法有不同時(shí)期等高線的對(duì)比方法［1］、沙洲水邊線對(duì)比方法和多期沙洲D(zhuǎn)EM疊置沖淤計(jì)算方法等。等高線、DEM對(duì)比分析需要多期實(shí)測(cè)的地形圖，而輻射沙洲最缺的就是地形測(cè)量資料。等高線與遙感水邊線對(duì)比分析具有相同的性質(zhì)，它將沙洲看做整體對(duì)象，可以分析沙洲整體運(yùn)動(dòng)，但不能揭示沙洲內(nèi)部細(xì)節(jié)運(yùn)動(dòng)。

本文以江蘇沿海岸外沙洲為例，利用遙感技術(shù)和光流算法技術(shù)對(duì)江蘇沿海岸外沙洲運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行研究，在利用“光流”算法得出相應(yīng)運(yùn)動(dòng)結(jié)果同時(shí)，運(yùn)用遙感技術(shù)的影像疊合技術(shù)對(duì)該算法進(jìn)行驗(yàn)證［2｝，總結(jié)出江蘇沿海岸外沙洲運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)以及該算法的可靠性和可行性。

2 遙感數(shù)據(jù)處理

遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)源、種類繁多，必須根據(jù)實(shí)際需要選取合適的遙感數(shù)據(jù)源，而且必須要對(duì)它們進(jìn)行分析并經(jīng)過(guò)一系列預(yù)處理才能使它們更好滿足研究需要。

2.1 圖像的波段選擇與裁剪

2.1.1 圖像波段選擇

在沙洲的遙感圖中，水體淹沒(méi)問(wèn)題大大影響了遙感圖像中沙洲形狀，這些形變也影響著本文所運(yùn)用的“光流”算法的準(zhǔn)確性。因此，本文在選擇波段時(shí)選擇了兩個(gè)思路：① 在遙感圖像無(wú)法滿足低潮位要求時(shí)，選擇對(duì)水體透射率較強(qiáng)的波段；② 在遙感圖像滿足低潮位要求時(shí)，選用水體吸收率較高的波段。

TM影像波譜信息比較豐富，從可見光的藍(lán)色波段到熱紅外波段共有7個(gè)彩色波段。結(jié)合上述影像波段的思路要求和TM2影像探測(cè)健康植被綠色反射率、可區(qū)分植被類型和評(píng)估作物長(zhǎng)勢(shì)對(duì)水體有一定透射能力的波段特點(diǎn)，選擇TM2波段為研究影像波段。

2.1.2 圖像的裁剪

本文運(yùn)用“光流”算法對(duì)圖像感興趣區(qū)域的灰度模式進(jìn)行運(yùn)算得出感興趣區(qū)域的瞬時(shí)速度場(chǎng)。由于算法和計(jì)算機(jī)硬件的原因，計(jì)算整個(gè)輻射沙洲瞬時(shí)速度場(chǎng)的數(shù)據(jù)量顯得過(guò)于龐大，因此，在處理完原始圖像后對(duì)研究對(duì)象部分圖像的裁剪顯得尤為必要。

3 江蘇沿海岸外沙洲運(yùn)動(dòng)信息的提取

3.1 研究方法

光流約束方程［3］如下

設(shè)I（x，y，t）是圖像點(diǎn)（x，y）在時(shí)刻t的照度，如果U（x，y）和V（x，y）是該點(diǎn)光流的x和y分量，假定點(diǎn)在t＋δt時(shí)運(yùn)動(dòng)到 （x＋δx，y＋δy）時(shí)照度保持不變，其中，δx ＝Uδt，δy ＝Vδt，即：

根據(jù)光流約束方程，光流誤差為：

將光滑性測(cè)度同加權(quán)微分約束測(cè)量組合起來(lái)：

使用變分法將上式轉(zhuǎn)化為一對(duì)偏微分方程：

將求解U 和V表示成如下的迭代方程：

3.2 光流算法的實(shí)現(xiàn)

依據(jù)光流法的算法原理和向量方程［4］采用2期處理后的TM影像序列作為數(shù)據(jù)源，分別以TM2像素灰度作為輸入?yún)?shù)（各序列計(jì)算區(qū)域與背景相同），通過(guò)Matlab計(jì)算獲得圖像序列光流場(chǎng)。具體以三丫子為例，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 光流計(jì)算遙感數(shù)據(jù)源

3.3 計(jì)算并分析圖像序列光流場(chǎng)

3.3.1 光流場(chǎng)的分析

圖像序列光流場(chǎng)三丫子計(jì)算成果如圖1所示。

圖中，標(biāo)記箭頭為兩個(gè)時(shí)相影像提取水邊線得出的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)結(jié)果。經(jīng)過(guò)與光流場(chǎng)疊加可以看出，光流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果符合水邊線得出的沙洲細(xì)部運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

4 結(jié) 論

本文綜合運(yùn)用了遙感技術(shù)和光流法技術(shù)在研究沙洲運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的可行性方面進(jìn)行了嘗試，所得的光流場(chǎng)比較細(xì)致地反映沙洲的運(yùn)動(dòng)信息。運(yùn)用光流法對(duì)沙洲的圖像序列進(jìn)行運(yùn)算，獲得光流場(chǎng)，揭示了基于場(chǎng)的細(xì)致內(nèi)部信息的動(dòng)力地貌分析，為沖淤多變的地貌分析探索了一條新方法。結(jié)合遙感信息，這樣的研究會(huì)有一個(gè)廣闊的發(fā)展空間。

圖1 箭頭標(biāo)注的是其大致的變化趨勢(shì)

［1］ 劉永學(xué)，張忍順，李滿春.應(yīng)用衛(wèi)星影像系列海圖疊合法分析沙洲動(dòng)態(tài)變化— —以江蘇東沙為例［J］.地理科學(xué)，2004，24（4）：72－77.

［2］ 應(yīng)銘，李九發(fā)，虞志英，等.長(zhǎng)江河口中央沙位移變化與南北港分流口穩(wěn)定性研究.［J］長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2007，16（4）：74－79.

［3］ D.H.巴拉德，C.M.布朗.計(jì)算機(jī)視覺［M］.北京：科學(xué)出版社，1987.

［4］ 韓雷，王洪慶，林隱靜.光流法在強(qiáng)對(duì)流天氣臨近預(yù)報(bào)中的應(yīng)用［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，44（5）：86－90.