一种基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取方法和系统

摘要

本发明提供一种基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取方法和系统，其中方法包括获取多时相遥感影像数据和根据提取结果生成专题图，还包括以下步骤：提取并分析溃决水体，并生成溃决水体文件；根据原始影像，进行边缘检测，提取圩堤，生成变化边缘文件；将所述溃决水体文件和所述变化边缘文件进行叠加验证，计算参数。

权利要求

1.一种基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取方法，包括获取多时相遥感影像数据和根据提取结果生成专题图，其特征在于，还包括以下步骤：所述获取多时相遥感影像数据包括选择灾害发生前后时间差最小的微波遥感影像分别作为灾前影像和灾后影像；

步骤1：提取并分析溃决水体，并生成溃决水体文件，包括以下子步骤：步骤11：利用阈值法提取灾前影像和灾后影像中的水体；

步骤12：进行对比分析，叠加分析提取出原有水体和新增水体，对提取出的灾前水体和灾后水体进行叠加分析，将二者的重合部分定义为原有水体，将灾后水体中未与灾前水体重合的部分定义为新增水体，即本次洪涝灾害中的淹没水体，分别保存原有水体文件和新增水体文件；

步骤13：通过对新增水体要素的形状参数进行分析，区分出不规则水体和规则水体，经过试验选取合适的形状参数值，利用阈值法将规则的要素提取出来，并将周长和面积数据导入属性表，保存为溃决水体文件；

步骤2：根据原始影像进行边缘检测，提取圩堤，生成变化边缘文件，包括以下子步骤：步骤21：选定监测范围；

步骤22：对灾前影像做迁跃型边缘分析；对灾后影像做屋脊型边缘分析；

步骤23：提取圩堤，所述圩堤的提取方法为将提取到的灾前影像中的迁跃型边缘和灾后影像中的屋脊型边缘叠加分析，将重合的即由迁跃型变为屋脊型的边缘定义为溃决后的圩堤，将叠加部分保存为变化边缘文件；

步骤3：将所述溃决水体文件和所述变化边缘文件进行叠加验证，计算参数，所述叠加验证的方法为将规则水体文件即溃决水体文件和变化边缘文件叠加，提取出重合部位的边缘并另存为圩堤文件；所述计算参数的方法计算溃决水体的要素周长与圩堤边缘长度，并计算二者之差，即为溃口长度；定义溃口中心位置为溃口坐标，将溃口坐标导入溃决水体属性表。

2.如权利要求1所述的基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取方法，其特征在于，所述形状参数的计算公式为 其中，P为地物单元周长，A为地物单元面积。

3.一种基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取系统，包括用于获取多时相遥感影像数据的数据获取模块和根据提取结果生成专题图的图像生成模块，所述获取多时相遥感影像数据包括选择灾害发生前后时间差最小的微波遥感影像分别作为灾前影像和灾后影像，其特征在于，还包括以下模块：水体提取模块：用于提取并分析溃决水体，并生成溃决水体文件，溃决水体的提取方法包括以下子步骤：

步骤11：利用阈值法提取灾前影像和灾后影像中的水体；

步骤12：进行对比分析，叠加分析提取出原有水体和新增水体，对提取出的灾前水体和灾后水体进行叠加分析，将二者的重合部分定义为原有水体，将灾后水体中未与灾前水体重合的部分定义为新增水体，即本次洪涝灾害中的淹没水体，分别保存原有水体文件和新增水体文件；

步骤13：通过对新增水体要素的形状参数进行分析，区分出不规则水体和规则水体，经过试验选取合适的形状参数值，利用阈值法将规则的要素提取出来，并将周长和面积数据导入属性表，保存为溃决水体文件；

圩堤提取模块：用于根据原始影像进行边缘检测，提取圩堤，生成变化边缘文件，圩堤的提取方法包括以下子步骤：

步骤21：选定监测范围；

步骤22：对灾前影像做迁跃型边缘分析；对灾后影像做屋脊型边缘分析；

步骤23：提取圩堤，所述圩堤的提取方法为将提取到的灾前影像中的迁跃型边缘和灾后影像中的屋脊型边缘叠加分析，将重合的即由迁跃型变为屋脊型的边缘定义为溃决后的圩堤，将叠加部分保存为变化边缘文件；

参数计算模块：用于将所述溃决水体文件和所述变化边缘文件进行叠加验证，计算参数，所述叠加验证的方法为将规则水体文件即溃决水体文件和变化边缘文件叠加，提取出重合部位的边缘并另存为圩堤文件；所述计算参数的方法计算溃决水体的要素周长与圩堤边缘长度，并计算二者之差，即为溃口长度；定义溃口中心位置为溃口坐标，将溃口坐标导入溃决水体属性表。

说明书

一种基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取方法

和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及水力学模拟的技术领域，特别是一种基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取方法和系统。

背景技术

[0002] 现在世界上洪涝灾害发生越来越最频繁，每年发生的洪涝灾害都会对各国的国民经济和人民经济财产安全带来严重威胁。由于洪水灾害的突发性、发生时间和范围的不确
定性，使得洪水灾害防治有很大的难度。

[0003] 对于洪水的重要防治手段之一是在洪水灾害多发的江河两岸地区构筑圩堤，来减轻洪水对河道两岸土地的威胁。在洪水发生时，常常会因洪水的强度过大而导致圩堤发生
溃决，从而使洪水淹没圩堤内的土地，对人民的经济财产安全形成威胁。目前，对于用遥感
的方法监测洪水灾害有大量的研究，但因圩堤空间分布的随机性、离散性较强，分布范围较
广，专门针对圩堤的大范围遥感监测和提取较为困难，因此尚未有比较系统的方法来监测
和提取洪水溃决后的圩堤信息。

[0004] 2008年5月的中国图象图形学学会.第十四届全国图象图形学学术会议论文集发表了魏飞鸣,李小文,顾行发,余涛,孙源的《基于形状参数的遥感图像“同谱异物”目标区
分》，该文章针对遥感图像通过像元灰度值的高低差异(反映地物的波谱特性)和空间变化
(反映地物的空间分布)来表示不同属性的地物目标及其分布情况。在遥感图像分类中，同
谱异物和同物异谱现象是影响分类精度的主要原因之一。为了抑制它们的影像、提高分类
精度，本文阐述了基于对象知识的遥感影像分类思路，就是利用了高分辨率遥感影像除了
光谱特征外，还具有分布特征，及形状特征，拓扑特征和纹理特征等。在分类时，增加地物的
形状特征将提高图像的分类精度，并在一定程度上解决了“同谱异物”的问题。该文章运用
面向对象的方法来处理高分辨率的遥感影像，通过利用对象的不同特征进行分割从而提取
出特定的研究对象。在该文章中提出的形状特征中，用来表述形状特征的参数较多，使用较
为繁琐，且最为重要的形状指数定义为当图形为正方形时指数为1，在对图形定义是否规则
的应用上不够灵活。

[0005] 2015年12月29日万方数据公开了王艳的论文《基于多源数据的洪灾区域快速提取方法研究》，本文针对HJ1和landssat8的数据特点，研究适用于这两种传感器的云和阴影去
除方法，并进一步研究多源遥感影像上洪灾区域快速提取方法。该方法所选取的遥感数据
为光学影像，且运用了较大的篇幅来讨论光学影像特有的云层和阴影的去除。由于洪涝灾
害发生地区通常伴有较厚的云层和降雨，运用光学影像不能够完全消除云层和阴影的方
法。

发明内容

[0006] 为了解决上述的技术问题，本发明提出的一种基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取方法和系统，本发明通过对遥感影像的水体提取、边缘检测等方法，将洪涝
灾害中发生溃坝的圩堤提取出来。通过对洪涝淹没水体的形状参数分析，从大范围洪涝淹
没水体中提取出规则的溃坝淹没水体即溃决水体。通过对溃决水体周边一定范围内的原始
影像分别进行边缘检测并叠加分析，提取出随时相变化的圩堤边缘即变化边缘。由所得到
的溃决水体文件和变化边缘文件进行叠加验证，并计算出溃口长度、溃口位置等参数。

[0007] 本发明的第一目的是提供一种基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取方法，包括获取多时相遥感影像数据和根据提取结果生成专题图，其特征在于，还包括以
下步骤：

[0008] 步骤1：提取并分析溃决水体，并生成溃决水体文件；

[0009] 步骤2：根据原始影像进行边缘检测，提取圩堤，生成变化边缘文件；

[0010] 步骤3：将所述溃决水体文件和所述变化边缘文件进行叠加验证，计算参数。

[0011] 优选的是，所述获取多时相遥感影像数据包括选择灾害发生前后时间差最小的微波遥感影像分别作为灾前影像和灾后影像。

[0012] 在上述任一方案中优选的是，所述获取多时相遥感影像数据包括对所述多时相遥感影像数据采用应用轨道文件、辐射定标、滤波处理、多视和正射校正中至少一种操作进行
预处理，得到预处理影响。

[0013] 在上述任一方案中优选的是，所述步骤1包括以下子步骤：

[0014] 步骤11：利用阈值阈值法提取灾前影像和灾后影像中的水体；

[0015] 步骤12：进行对比分析，叠加分析提取出原有水体和新增水体；

[0016] 步骤13：通过对新增水体要素的形状参数进行分析，区分出不规则水体和规则水体。

[0017] 在上述任一方案中优选的是，所述阈值法为在灰度直方图中取峰谷作为阈值阈值，灰度值低于峰谷阈值阈值的图斑即为水体。

[0018] 在上述任一方案中优选的是，所述步骤12包括对提取出的灾前水体和灾后水体进行叠加分析，将二者的重合部分定义为原有水体，将灾后水体中未与灾前水体重合的部分
定义为新增水体，即本次洪涝灾害中的淹没水体，分别保存原有水体文件和新增水体文件。

[0019] 在上述任一方案中优选的是，所述形状参数的计算公式为 其中，P为地物单元周长，A为地物单元面积。

[0020] 在上述任一方案中优选的是，所述步骤13包括经过试验选取合适的形状参数值，利用阈值阈值法将规则的要素提取出来，并将周长和面积数据导入属性表，保存为溃决水
体文件。

[0021] 在上述任一方案中优选的是，所述步骤2包括以下子步骤：

[0022] 步骤21：选定监测范围；

[0023] 步骤22：对灾前影像做迁跃型边缘分析；对灾后影像做屋脊型边缘分析；

[0024] 步骤23：提取圩堤。

[0025] 在上述任一方案中优选的是，所述步骤21包括对已经得到的溃决水体做缓冲区处理，生成包括溃决水体的在内一定范围的掩膜文件。

[0026] 在上述任一方案中优选的是，使用所述掩膜文件将灾前原始影像和灾后原始影像裁剪为能够进行边缘分析的局部图像。

[0027] 在上述任一方案中优选的是，所述迁跃型边缘的检测方法为在灾前影像中，圩堤两侧分别为水体和土地，由于水体的后向散射系数要低于圩堤和土地，在遥感图像上水体
与圩堤和土地之间的灰度级差别很大，而圩堤与土地之间因灰度级差异较小，与水体相对
比可以看作一个整体，因此水体‑圩堤‑土地这一路径灰度级梯度变化从低到高，通过对灾
前局部影像做迁跃型边缘分析将为溃决的圩堤提取出来。

[0028] 在上述任一方案中优选的是，所述屋脊型边缘的检测方法为在灾后影像中，由于圩堤发生溃决，洪涝水体淹没圩堤内部的土地，圩堤两侧都是水体，在遥感图像上看圩堤两
侧呈现深色，而圩堤自身没被水体覆盖，依旧呈现亮色，水体‑圩堤‑水体这一路径所对应的
灰度级梯度变化即低‑高‑低，呈明显的屋脊型边缘，通过对灾后局部影像做屋脊型边缘分
析将有溃口的圩堤提取出来。

[0029] 在上述任一方案中优选的是，所述圩堤的提取方法为将提取到的灾前影像中的迁跃型边缘和灾后影像中的屋脊型边缘叠加分析，将重合的即由迁跃型变为屋脊型的边缘定
义为溃决后的圩堤，将叠加部分保存为变化边缘文件。

[0030] 在上述任一方案中优选的是，所述叠加验证的方法为将规则水体文件即溃决水体文件和变化边缘文件叠加，提取出重合部位的边缘并另存为圩堤文件。

[0031] 在上述任一方案中优选的是，所述计算参数的方法计算溃决水体的要素周长与圩堤边缘长度，并计算二者之差，即为溃口长度；定义溃口中心位置为溃口坐标，将溃口坐标
导入溃决水体属性表。

[0032] 本发明的第二目的是提供一种基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取系统，包括用于获取多时相遥感影像数据的数据获取模块和根据提取结果生成专题图的
图像生成模块，还包括以下模块：

[0033] 水体提取模块：用于提取并分析溃决水体，并生成溃决水体文件；

[0034] 圩堤提取模块：用于根据原始影像进行边缘检测，提取圩堤，生成变化边缘文件；

[0035] 参数计算模块：用于将所述溃决水体文件和所述变化边缘文件进行叠加验证，计算参数。

[0036] 优选的是，所述获取多时相遥感影像数据包括选择灾害发生前后时间差最小的微波遥感影像分别作为灾前影像和灾后影像。

[0037] 在上述任一方案中优选的是，所述获取多时相遥感影像数据包括对所述多时相遥感影像数据采用应用轨道文件、辐射定标、滤波处理、多视和正射校正中至少一种操作进行
预处理，得到预处理影响。

[0038] 在上述任一方案中优选的是，所述溃决水体的提取方法包括以下子步骤：

[0039] 步骤11：利用阈值阈值法提取灾前影像和灾后影像中的水体；

[0040] 步骤12：进行对比分析，叠加分析提取出原有水体和新增水体；

[0041] 步骤13：通过对新增水体要素的形状参数进行分析，区分出不规则水体和规则水体。

[0042] 在上述任一方案中优选的是，所述阈值法为在灰度直方图中取峰谷作为阈值阈值，灰度值低于峰谷阈值阈值的图斑即为水体。

[0043] 在上述任一方案中优选的是，所述步骤12包括对提取出的灾前水体和灾后水体进行叠加分析，将二者的重合部分定义为原有水体，将灾后水体中未与灾前水体重合的部分
定义为新增水体，即本次洪涝灾害中的淹没水体，分别保存原有水体文件和新增水体文件。

[0044] 在上述任一方案中优选的是，所述形状参数的计算公式为 其中，P为地物单元周长，A为地物单元面积。

[0045] 在上述任一方案中优选的是，所述步骤13包括经过试验选取合适的形状参数值，利用阈值阈值法将规则的要素提取出来，并将周长和面积数据导入属性表，保存为溃决水
体文件。

[0046] 在上述任一方案中优选的是，所述圩堤的提取方法包括以下子步骤：

[0047] 步骤21：选定监测范围；

[0048] 步骤22：对灾前影像做迁跃型边缘分析；对灾后影像做屋脊型边缘分析；

[0049] 步骤23：提取圩堤。

[0050] 在上述任一方案中优选的是，所述步骤21包括对已经得到的溃决水体做缓冲区处理，生成包括溃决水体的在内一定范围的掩膜文件。

[0051] 在上述任一方案中优选的是，使用所述掩膜文件将灾前原始影像和灾后原始影像裁剪为能够进行边缘分析的局部图像。

[0052] 在上述任一方案中优选的是，所述迁跃型边缘的检测方法为在灾前影像中，圩堤两侧分别为水体和土地，由于水体的后向散射系数要低于圩堤和土地，在遥感图像上水体
与圩堤和土地之间的灰度级差别很大，而圩堤与土地之间因灰度级差异较小，与水体相对
比可以看作一个整体，因此水体‑圩堤‑土地这一路径灰度级梯度变化从低到高，通过对灾
前局部影像做迁跃型边缘分析将为溃决的圩堤提取出来。

[0053] 在上述任一方案中优选的是，所述屋脊型边缘的检测方法为在灾后影像中，由于圩堤发生溃决，洪涝水体淹没圩堤内部的土地，圩堤两侧都是水体，在遥感图像上看圩堤两
侧呈现深色，而圩堤自身没被水体覆盖，依旧呈现亮色，水体‑圩堤‑水体这一路径所对应的
灰度级梯度变化即低‑高‑低，呈明显的屋脊型边缘，通过对灾后局部影像做屋脊型边缘分
析将有溃口的圩堤提取出来。

[0054] 在上述任一方案中优选的是，所述圩堤的提取方法为将提取到的灾前影像中的迁跃型边缘和灾后影像中的屋脊型边缘叠加分析，将重合的即由迁跃型变为屋脊型的边缘定
义为溃决后的圩堤，将叠加部分保存为变化边缘文件。

[0055] 在上述任一方案中优选的是，所述叠加验证的方法为将规则水体文件即溃决水体文件和变化边缘文件叠加，提取出重合部位的边缘并另存为圩堤文件。

[0056] 在上述任一方案中优选的是，所述计算参数的方法计算溃决水体的要素周长与圩堤边缘长度，并计算二者之差，即为溃口长度；定义溃口中心位置为溃口坐标，将溃口坐标
导入溃决水体属性表。

[0057] 本发明提出了一种基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取方法和系统，可以对洪涝灾害发生时所造成的圩堤溃决信息进行快速、准确的提取，对抗灾救灾提供
了有力的支持。在方法上，利用圩堤溃决特有的空间特征和不同时相之间圩堤的特有变化，
从不同角度对圩堤溃决信息进行提取，增加了对溃决信息提取的精度；利用形状参数来识
别溃决水体的特定形状，避免了原始图像中大量信息的影响，减小了计算量，避免了较多的
背景干扰；利用不同时相边缘的不同状态，有效避开了对单一图像进行边缘检测所产生的
误差。

附图说明

[0058] 图1为按照本发明的基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取方法的一优选实施例的流程图。

[0059] 图2为按照本发明的基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取系统的一优选实施例的模块图。

[0060] 图3为按照本发明的基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取方法的水体提取方法的一实施例的流程图。

[0061] 图4为按照本发明的基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取方法的圩堤提取方法的一实施例的流程图。

[0062] 图5为按照本发明的基于遥感的平原河网区圩堤洪涝溃决信息快速提取方法的另一优选实施例的系统工作流程图。

具体实施方式

[0063] 下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的阐述。

[0064] 实施例一

[0065] 如图1、2所示，执行步骤100，数据获取模块200获取多时相遥感影像数据，对所述多时相遥感影像数据采用应用轨道文件、辐射定标、滤波处理、多视和正射校正中至少一种
操作进行预处理，得到预处理影响。获取多时相遥感影像数据包括选择灾害发生前后时间
差最小的微波遥感影像分别作为灾前影像和灾后影像。

[0066] 执行步骤110，水体提取模块210提取并分析溃决水体，并生成溃决水体文件。如图3所示，执行步骤111，利用阈值阈值法提取灾前影像和灾后影像中的水体。所述阈值法为在
灰度直方图中取峰谷作为阈值阈值，灰度值低于峰谷阈值阈值的图斑即为水体。

[0067] 执行步骤112，进行对比分析，叠加分析提取出原有水体和新增水体。对提取出的灾前水体和灾后水体进行叠加分析，将二者的重合部分定义为原有水体，将灾后水体中未
与灾前水体重合的部分定义为新增水体，即本次洪涝灾害中的淹没水体，分别保存原有水
体文件和新增水体文件

[0068] 执行步骤113，通过对新增水体要素的形状参数进行分析，区分出不规则水体和规则水体，经过试验选取合适的形状参数值，利用阈值法将规则的要素提取出来，并将周长和
面积数据导入属性表，保存为溃决水体文件。形状参数的计算公式为 其中，P为地
物单元周长，A为地物单元面积。

[0069] 执行步骤120，圩堤提取模块220根据原始影像进行边缘检测，提取圩堤，生成变化边缘文件。如图4所示，执行步骤121，选定监测范围，对已经得到的溃决水体做缓冲区处理，
生成包括溃决水体的在内一定范围的掩膜文件；使用所述掩膜文件将灾前原始影像和灾后
原始影像裁剪为能够进行边缘分析的局部图像

[0070] 执行步骤122，对灾前影像做迁跃型边缘分析。迁跃型边缘的检测方法为在灾前影像中，圩堤两侧分别为水体和土地，由于水体的后向散射系数要低于圩堤和土地，在遥感图
像上水体与圩堤和土地之间的灰度级差别很大，而圩堤与土地之间因灰度级差异较小，与
水体相对比可以看作一个整体，因此水体‑圩堤‑土地这一路径灰度级梯度变化从低到高，
通过对灾前局部影像做迁跃型边缘分析将为溃决的圩堤提取出来。

[0071] 执行步骤123，对灾后影像做屋脊型边缘分析。屋脊型边缘的检测方法为在灾后影像中，由于圩堤发生溃决，洪涝水体淹没圩堤内部的土地，圩堤两侧都是水体，在遥感图像
上看圩堤两侧呈现深色，而圩堤自身没被水体覆盖，依旧呈现亮色，水体‑圩堤‑水体这一路
径所对应的灰度级梯度变化即低‑高‑低，呈明显的屋脊型边缘，通过对灾后局部影像做屋
脊型边缘分析将有溃口的圩堤提取出来。

[0072] 执行步骤124，提取圩堤。圩堤的提取方法为将提取到的灾前影像中的迁跃型边缘和灾后影像中的屋脊型边缘叠加分析，将重合的即由迁跃型变为屋脊型的边缘定义为溃决
后的圩堤，将叠加部分保存为变化边缘文件。

[0073] 执行步骤130，参数计算模块230将所述溃决水体文件和所述变化边缘文件进行叠加验证，计算参数。叠加验证的方法为将规则水体文件即溃决水体文件和变化边缘文件叠
加，提取出重合部位的边缘并另存为圩堤文件。计算参数的方法计算溃决水体的要素周长
与圩堤边缘长度，并计算二者之差，即为溃口长度；定义溃口中心位置为溃口坐标，将溃口
坐标导入溃决水体属性表。

[0074] 执行步骤140，图像生成模块240根据提取结果生成专题图。

[0075] 实施例二

[0076] 系统由人工选择合适的多时相遥感影像，并将预处理好的影像作为输入数据，经过一系列分析处理后输出圩堤溃口的长度、溃决水体的面积以及溃决水体的中心点坐标。
如下图5所示。

[0077] 1.多时相遥感影像

[0078] 1.1遥感影像获取

[0079] 对于洪涝灾害进行监测，首先应获取洪涝灾害发生的准确时间，以官方报道的灾害发生时间为准，选择灾害发生前后时间差最小的微波遥感影像分别作为灾前影像和灾后
影像。

[0080] 1.2遥感影像预处理

[0081] 所获取的雷达遥感影像并不能直接进行影像处理，还需要对遥感影像做一些必要的预处理过程，包括应用轨道文件、辐射定标、滤波处理、多视、正射校正等操作，从而获得
可以进一步处理的原始影像。

[0082] 2.溃决水体

[0083] 2.1水体提取

[0084] 利用阈值法提取灾前影像和灾后影像中的水体。

[0085] 在雷达遥感影像中，经预处理所得到的原始图像为灰度图像，由于平静的水面可以看成镜面反射，后向散射系数小于其他地物的后向散射系数，因此水体在雷达遥感影像
中呈现成深色或黑色。而洪涝灾害发生地多有大江、大河和湖泊存在，水体在图像中所占的
比重较大，目标水体与背景的灰度级有明显的差异，因此灰度直方图中呈现出明显的双峰。
取峰谷作为阈值，灰度值低于峰谷阈值的图斑即为水体。用该方法分别提取出灾前水体和
灾后水体。

[0086] 2.2对比分析

[0087] 叠加分析提取出原有水体和新增水体。

[0088] 对提取出的灾前水体和灾后水体进行叠加分析，将二者的重合部分定义为原有水体，将灾后水体中未与灾前水体重合的部分定义为新增水体，分别将二者提取为单独文件。
此处的新增水体即为本次洪涝灾害中的淹没水体。

[0089] 2.3形状参数分析

[0090] 通过对新增水体要素的形状参数进行分析，区分出不规则水体(自然水体)和规则水体(溃决水体)。

[0091] 对灾前水体和灾后水体做联合处理之后得到原有水体文件和新增水体文件，将新增水体定义为自然水体和溃决圩堤内部的溃决水体的集合。洪涝灾害发生后，自然水体服
从自然规律，向地形低洼处流动并积蓄，在遥感图像上呈现出不规则的锯齿状展布；而溃决
水体由于圩堤的存在，使得溃决水体在形状上与其他水体分割开，呈现出跟圩堤一样的、规
则的、光滑的图形，在形状上与自然水体有明显区别。假设面积完全相同的多个图形，周长
越长，则图形越不规则，即周长与面积的比值越大，则图形越不规则。通过对新增水体做形
状系数分析，分析要素的周长和面积之间的关系，寻找合适的阈值将不规则水体和规则水
体区分开。

[0092] 此处采用的形状系数表示方法，以圆形作为最规则的形状，将圆形的形状系数定义为1，公式：

[0093]

[0094] 其中，P为地物单元周长，A为地物单元面积。当要素为圆形时，形状系数F为1；当要素为正方形时，形状系数F为4/π；当要素为正三角形时，形状系数F为 形状系数越
大，要素越不规则。经过试验后可选取合适的形状参数值，利用阈值法将规则的要素提取出
来，并将周长和面积数据导入属性表，保存为溃决水体文件。

[0095] 3.圩堤

[0096] 对已经得到的溃决水体做缓冲区处理，生成包括溃决水体的在内一定范围的掩膜文件。

[0097] 对灾前影像做迁跃型边缘分析；对灾后影像做屋脊型边缘分析。

[0098] 在洪涝灾害发生后，由于圩堤发生溃决、洪涝水体进入圩堤内部，因此在遥感图像上，圩堤周边的地物在洪涝发生时间前后呈现出不一致的遥感影像。

[0099] 3.1选定监测范围

[0100] 3.1.1缓冲区处理

[0101] 得到淹没文件。

[0102] 对已经得到的溃决水体做缓冲区处理，生成包括溃决水体的在内一定范围的掩膜文件。

[0103] 3.1.2裁剪原始影像

[0104] 得到灾前局部图像和灾后局部图像。

[0105] 用掩膜文件将灾前原始影像和灾后原始影像裁剪为可以进行边缘分析的局部图像。

[0106] 3.2边缘分析

[0107] 3.2.1迁跃型边缘检测

[0108] 在灾前影像中，圩堤两侧分别为水体和土地。由于水体的后向散射系数要低于圩堤和土地，因此在遥感图像上水体与圩堤和土地之间的灰度级差别很大。而圩堤与土地之
间因灰度级差异较小，与水体相对比可以看作一个整体，因此水体‑圩堤‑土地这一路径灰
度级梯度变化从低到高。而圩堤所在位置则是这一灰度级变化的边缘，类型为迁跃型边缘。
通过对灾前局部影像做迁跃型边缘分析便可以将为溃决的圩堤提取出来。

[0109] 3.2.2屋脊型边缘检测

[0110] 在灾后影像中，由于圩堤发生溃决，洪涝水体淹没圩堤内部的土地，圩堤两侧都是水体，在遥感图像上看圩堤两侧呈现深色，而圩堤自身没被水体覆盖，依旧呈现亮色。水体‑
圩堤‑水体这一路径所对应的灰度级梯度变化即低‑高‑低，呈明显的屋脊型边缘。对灾后局
部影像做屋脊型边缘分析便可以将有溃口的圩堤提取出来。

[0111] 3.3提取圩堤

[0112] 综上所述，圩堤的边缘类型在遥感图像中随时相的变化是：由两侧灰度差异较大的迁跃型边缘变为两侧灰度一致的屋脊型边缘。而被洪涝水体淹没的其他地物类型，皆呈
现出连贯的自然水体，不管灾前灾后水体边缘类型都是迁跃型边缘。因此，通过对这种变化
的检测，即将提取到的灾前影像中的迁跃型边缘和灾后影像中的屋脊型边缘叠加分析，便
可以将重合的即由迁跃型变为屋脊型的边缘定义为溃决后的圩堤。将叠加部分保存为变化
边缘文件

[0113] 4.叠加验证，计算参数

[0114] 4.1叠加验证，减小误差

[0115] 将规则水体文件即溃决水体文件和变化边缘文件叠加，提取出重合部位的边缘并另存为圩堤文件(线文件)，减少因边缘分析所造成的误差。

[0116] 4.2计算参数

[0117] 计算溃决水体的要素周长与圩堤边缘长度，并计算二者之差，即为溃口长度；定义溃口中心位置为溃口坐标，将溃口坐标导入溃决水体属性表。

[0118] 5.输出结果

[0119] 根据提取结果生成专题图，专题图基本格式固定。

[0120] 5.1专题图名称

[0121] 本系统输出的结果为**地区溃坝雷达遥感监测专题图，地区名称由人工外部输入。

[0122] 5.2图像内容

[0123] 将局部图像缩放适应至固定图框，并利用圩堤文件标出溃决水体面积，同时根据溃决水体属性表中的溃口位置信息标出溃口中心点。导入辅助图层，包括：县、市、省各级行
政区划，主要河流的标注文字等。

[0124] 5.3辅助要素

[0125] 根据图框中的，插入图例、比例尺、指北针等必备辅助要素。

[0126] 5.3.1图例

[0127] 根据图框中的各要素，生成合适的比例尺。内容包括：溃口中心位置标注、各级行政区划标注、圩堤标注、溃决水体淹没范围标注等。

[0128] 5.3.2比例尺

[0129] 插入以米或千米为单位的合适比例尺。

[0130] 5.3.3指北针

[0131] 插入指北针，调整方向使其指向为正北方向。

[0132] 5.4文本

[0133] 生成必要文本，如图像来源、成像时间、制图单位，以及溃决水体面积、溃口长度、溃口坐标等。

[0134] 5.5输出图像

[0135] 将图像输出为可编辑界面，由人工对专题图进行调整，或添加其他要素。

[0136] 为了更好地理解本发明，以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属
于本发明技术方案的范围。本说明书中每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之
处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法
实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。