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利用LiDAR和光学数据评估海岸侵蚀

(2014-05-09 17:56:42)
标签:

lidar

高分辨率数据

海岸侵蚀

制图

envi

分类: 遥感应用

背景

由于受海浪和风力的持续侵蚀和沉积再分配的影响,世界上的海岸线不断变化。天气事件例如飓风,可以导致海岸线在很短的时间期间内产生急剧的变化。在沙丘和海滩的组成部分会增加洪水、财产和交通基础设施损坏的风险,并且还可以影响到一个区域内的生态稳定性。

桑迪飓风

桑迪飓风在201210月以摧毁性的方式登录美国东海岸。这是美国历史上为之付出代价第二高昂的飓风,因为它造成了约价值6.5万亿美元的经济损失。Fire island是纽约长岛南部边缘很小的一个临海堰洲岛,因为桑迪飓风引起的涨潮和大风,这个小岛在那次飓风中遭受了极其严重的侵蚀。从风暴的余波中获取损毁的信息是非常重要的,它使得我们能够预算和规划灾后恢复的情况,也便于我们寻求减少风暴损失的新方式。

使用ENVI产品定损

据估计,桑迪飓风在一周之内对Fire Island的沙丘造成了等价于30年的正常损毁和撕裂损坏。百分之五十的沙丘被淹没,沿沙丘带测量到平均22米的侵蚀。

利用ENVI中的图像分析工具分析卫星图像和LiDAR点云数据,让我们看到这个地区曾经经历了多么剧烈的侵蚀。

利用LiDAR和光学数据评估海岸侵蚀 

使用高分辨率影像进行桑迪飓风海岸侵蚀评估

通过收集Fire Island在桑迪飓风之前和之后的高分辨率数据,就有可能评估沿海变化即风暴过境的结果。这种评估是通过在两幅DigitalGlobe图像上运行变化检测,识别沿海岸线存在主要变化的区域。

这是WorldView-2图像,图上是Fire Island某处飓风之前的影像。

利用LiDAR和光学数据评估海岸侵蚀

 

下图是飓风之后的影像,从影像上可明显看出,经历风暴之后沙丘被切开而形成了一个新的水湾。

利用LiDAR和光学数据评估海岸侵蚀

 

图像可视化和变化检测

使用ENVI变化检测的工作流,可以很快从两幅图像上获取变化信息。

在下图中,ENVI已经识别了发生主要变化的区域(绿色),图上清晰地绘出了新水湾的生成和海岸线的侵蚀。

利用LiDAR和光学数据评估海岸侵蚀

 

使用LiDAR数据的海岸变化评估

分析DigitalGlobe数据之后,从USGS获取LiDAR点云数据,并在Fire Island同一区域评估沙丘沉积物体积的损失。下图是在Fire Island相同区域下飓风过境之前和之后的一个沙丘点云分析的三维视图。ENVI LiDAR适用于从点云自动提取数字高程模型(DEMs),将结果和点云数据加载到ENVI用于进一步的分析。

 

利用LiDAR和光学数据评估海岸侵蚀
    飓风前
 

利用LiDAR和光学数据评估海岸侵蚀

飓风后

增加高程数据到ENVI

从点云数据中获取DEM后,直接加载到ENVI,并进行分类。

利用LiDAR和光学数据评估海岸侵蚀

 

然后,我们可以对DigitalGlobe图像,基于获取的高程数据,通过立体裁剪做更多的三维可视化。

利用LiDAR和光学数据评估海岸侵蚀

 

DEM分类和运行波段运算以评估变化

接下来的步骤是借助于不同资料集的可视化,对高程数据按高程信息进行分类,并运行变化检测。在这里,我们看到,两个相互独立的数据被分别归在两类,而最终我们可以看到一个评估,是通过运行波段运算计算高程差获取的高程变化的评估。

利用LiDAR和光学数据评估海岸侵蚀

 

利用LiDAR和光学数据评估海岸侵蚀

 

 

在下图中,红色和黄色区域描绘的是沉积物流失区或是侵蚀区,而绿色区域描绘的是沉积物增加区或是累积区。

利用LiDAR和光学数据评估海岸侵蚀

 

结果(下图)表明,高分辨率数据和LiDAR数据是如何用来描绘小范围感兴趣区域的海岸变化的。根据数据分辨率的情况,例如Landsat数据对于精确评估变化来说精度太低,而高分辨率数据是探测地表变化的一个很好的方式。LiDAR是评估海岸变化时十分有用的数据类型,因为从点云中提取的高程信息非常精确,并且可以用来描绘体积、或三维的变化。在每一种情况下,这种数据都比Landsat数据有更好的分辨率、都可以获得更精确的结果。不过,如果分析大尺度、更大范围变化的时候,数据的大小和计算机的处理能力将会是一个限制因素。

利用LiDAR和光学数据评估海岸侵蚀

利用LiDAR和光学数据评估海岸侵蚀



 

 

 

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