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中国资源综合利用

●工作研究ChinaResourcesComprehensiveUtilization

Vol．31，No．52013年5月

基于遥感影像的水边线提取研究

席祖强1，翟新源2

（1.苏州通宜测绘工程有限公司，江苏

苏州

215000；2.徐州市山石矿业服务有限公司，江苏徐州221000）

摘要：基于LandsatTM遥感影像，应用Matlab和ENVI软件实现对现代长江河口区九段沙水边线的提取，探究不同研究方法的实际效果，从而找出适合提取水边线的方法。在Matlab中，运用了不同的图像分割算法和边缘检测算子实现对水边线的提取；在ENVI中，先对图像进行数据融合然后再进行处理，以及先利用水文指数提取水体，再选阈值进行密度分割，使水陆分离。研究结果显示，利用图像分割技术提取的水边线，线条连续、流畅清晰，取得了良好的效果。关键词：九段沙；水边线；图像分割；边缘检测中图分类号：TP751；P237

文献标识码：A

文章编号：1008－9500（2013）05－0058－03

现代长江河口区的九段沙是重要的新生湿地。依靠遥感技术对九段沙的水边线信息以及潮沟信息进行深入研究，可以宏观、动态、同步监测研究区域的生态环境变化和资源开发利用，弥补常规观测方法的不足，对长江深水航道的开发利用、维护和整治有重要的指导意义。

目前，从遥感影像上提取水边线的技术方式主要有目视解译和自动解译两种。目视解译要求解译人员有丰富的地学知识和目视判读的经验，劳动强度大，需要花费大量的人力物力，并且有很大的主观性，其水边线提取的效果很难保证。自动解译则是利用各种图像分割算法将水边线作为边缘检测出来［1］。

采用LandSatTM5影像数据进行水边线提取。数据成像于2006年4月20日。主要采用图像分割和边缘检测相结合的方法进行水体提取研究。

水边线提取技术流程如图1所示。

校正后的TM5图像

利用Matlab图像分割边缘检

数据融合利用ENVI水文指数掩膜

水边线提取分析比较结论

11.1

研究区与数据源研究区概况

九段沙位于长江和东海的交汇处的长江口深

图1

水边线提取技术流程

水航道的南面，是国家级湿地自然保护区。

近年来，由于原引种的互花米草肆意繁殖，致使九段沙湿地的生物多样性被破坏，生态功能衰退。另外，由于长江水体污染日益严重，九段沙部分地区的水质已经恶化。依靠遥感影像对九段沙的水边线信息提取，可以利用其宏观、动态、同步观测的优势来监测九段沙区域内的生态环境及其资源的开发利用情况，对海岸带土地利用、航道治理、港口选址、护岸工程、环境保护、生态修复以及河口综合开发利用提供数据。

22.1

水边线提取

基于图像分割技术的水边线提取

基于图像分割技术的水边线提取的基本原理

是利用图像分割技术使图像中的水陆分离，形成二值图像，然后利用imfill和bwareaopen函数对分割后的图像进行处理，最后选用适当的算子对图像进行边缘检测，提取水边线。

2.1.1使用最大类间方差法提取水边线

最大类间方差法又称为OTSU算法，该算法是

1.2数据源在灰度直方图的基础上用最小二乘法原理推导出

收稿日期：2013－03－11

作者简介：席祖强（1983－），男，安徽阜南人，工程师，主要从事大地测量与地质灾害的调查、评价分析工作。

－58－

第5期席祖强等：基于遥感影像的水边线提取研究

●工作研究

来的，具有统计意义上的最佳分割阈值。它的基本原理是以最佳阈值将图像的灰度直方图分割成两部分，取两部分之间的方差最大值，即分离性最大。最大类间方差法即使用最佳阈值对图像的灰度直方图进行分割，使分割的两部分之间的方差取到最大值，这也就意味着它们之间的分离性很大，容易提取水边线［2］。

从图2中可以看出，迭代法和OTSU法的作用效果相似，都属于自动阈值选择法。而相对于其它两种方法，利用全局阈值进行图像分割得到的图像效果不佳，这是由于将整幅图像中灰度阈值设置为常数，主观因素较大。只有将阈值设置正确了，图像的分割效果才会好。图像分割效果的好坏，直接影响到边缘检测的效果。为了得到更好的效果图，先对二值图像进行填洞处理，然后利用bwareaopen函数去除图像中小于100的像素。

在选用边缘检测算子对图像进行边缘检测时，采用的方法是比较各类算子的检测效果图来选取适当算子进行检测。

自适应阈值图像分割图的几种边缘检测效果见图3。

2.1.2利用全局阈值提取水边线

全局阈值是把整幅图像中的灰度阈值看作是

一个常数。采用阈值确定边界的最简单做法是在整个图像中将灰度阈值设置为常数，也就是全局阈值。如果背景的灰度值在整个图像中可合理的看做恒定，而且所有物体与背景都具有几乎相同的对比度，那么，只要选择了正确的阈值，使用一个固定的全局阈值，提取水边线一般会有较好的效果［3］。

2.1.3利用迭代法提取水边线

因为图像中前景与背景之间的灰度分布为相

互不重叠，在该前提下，可以实现对两类对象的阈值分割［4］。

此外还可以利用水文指数（NDWI）进行水边线提取。

（a）SOBEL算子

（b）Prewitt算子

33.1

结果与讨论

利用Matlab软件提取水边线效果的比较为了方便比较，在原始图像中选择了一个比较

（c）Roberts算子

（d）LOG算子

小的同一区域，分别利用自适应阈值、全局阈值和迭代阈值进行图像分割。

图3

自适应阈值图像分割图的几种边缘检测效果

3种图像分割效果见图2。由图3可以看出，Prewitt算子和Roberts算子检测效果都有虚假的边缘，并且Prewitt算子检测效果图还有不连续的地方；Sobel算子检测造成许多宽的像素，因此在对自适应阈值分割的图像进行边缘检测时，应选用LOG算子。

3.2

自适应阈值

全局阈值

利用ENVI软件提取水边线

利用水文指数提取的水边线，水边线不平滑且

周围有许多破碎地方，提取的水边线效果不如利用

Matlab方法提取的效果好。相比Matlab采用的阈

值法分割后利用各种边缘检测算子得到的边缘比较平顺，光滑，连贯，与实际结果一致，效果较好。

4

迭代阈值

结论

利用LandsatTM遥感影像进行了水边线的提

图23种图像分割效果

取技术研究。使用Matlab软件先对图像进行阈值

－59－

●工作研究中国资源综合利用第5期

明，蒋雪中，张俊儒，等.遥感影像海岸线特征提取研琳，徐涵秋，李

胜.厦门岛及其邻域海岸线变化的遥

分割使得水陆分离，然后再用Sobel或者LOG算子对图像进行边缘检测进而提取出水边线。用这种方法提取到的水边线，线体流畅、连续，算法简单、运算速度较快，但对噪声比较敏感，边缘定位不够准确，缺乏普遍适用性。而利用ENVI软件对水边线的提取，相对于前者，效果不佳，但是它具有空间地理信息。

近年来，利用小波分析对水边线提取越来越成为一个研究的焦点。采用小波方法能够很好的检测出潮滩的水边线，并且可以观察水边线在不同尺度下的形态，可以得到单一的水边线轮廓［5］。

参

简

讯

123

张王

究进展［J］.人民黄河，2008，（6）：7－9.

感动态监测［J］.遥感技术与应用，2005，20（4）：404-410.霍继双，王

超，王正志.一种基于多阈值的形态学提取遥

感图像海岸线特征方法［J］.中国图象图形学报，2003，8（7）：

805-809.4

韩

震，金亚秋.星载红外与微波多源遥感数据提取长江口淤泥质潮滩水边线信息［J］.自然科学进展，2005，15（8）：

1000-1006.5

张

明.基于小波分析的淤泥质潮滩水边线的提取［D］.上海：华东师范大学，2008.

（责任编辑／陈

考

文

献

军）

德国电子垃圾实现变废为宝

随着人们生活水平的提高及电子电器的更新换代，旧电子电器越来越多。这些所称的"电子垃圾"，若不及时处理，不但浪费资源，还会危及自然环境和人类健康。据悉，德国对电子垃圾实行免费回收，从中使用有价值的原材料，变废为宝。

为了减少电子垃圾，避免有价值的原材料浪费，降低环境负担，德国政府2005年8月通过了《电子和电器法》。该法规定，家庭的老旧电器应集中回收，废旧电器的生产商或进口商负有回收义务。该法还规定，旧电池和旧电器必须分开处理。洗衣机、电冰箱、电视机、电脑都要进行循环再利用。家用小电器如电熨斗、吸尘器、烤面包机以及电动牙刷等同样纳入循环再利用范畴。

此外，像手机、电脑键盘、MP3播放器等小家电必须扔到每个居民楼前的橘黄色专门垃圾桶里。生产商要在这些产品表面标注一个明显图案，以示不能扔入生活垃圾箱。

德国重视环境保护和垃圾分类处理，2012年6月德国《循环经济法》生效，将德国垃圾处理法与欧盟相关法律相衔接，更有力地强化了环境保护的可持续性和原材料资源利用的有效性。

目前，德国的垃圾回收处理水平居世界前列，经济和社会效益明显。据统计，德国建筑垃圾回收再利用率达86%，包装垃圾为81%，电池再利用率为77%，废纸回收利用率为82%。垃圾处理行业每

年收益约为500亿欧元（约合4039亿元人民币），解决就业岗位24万个，该行业已成为德国重要的经济和就业领域。

以柏林城市清洁公司为例，该公司是德国首都柏林一家大型的垃圾处理公司，下设15个垃圾回收场，约有5300名员工。该公司规定，柏林每个家庭通常可将20件旧电器免费送交柏林城市清洁公司处理，但同一品种旧电器最多不能超过5件。除超过数量将适当收费外，一些需要特别处理的零部件也要收费。例如电脑，主机回收不收费，而每个显示屏收费5欧元（约合40.4元人民币）。

除了个人可将电子垃圾送到垃圾场之外，一些专门经营垃圾处理的回收公司也负责上门服务，他们会根据旧电器的体积、重量和种类收取运输和处理费用。

德国优美的环境和整洁的市容与环卫工人的辛勤劳动分不开，同时也与民众自觉遵守相关法规，不乱扔垃圾分不开。德国政府尤其重视电子垃圾危害的教育，联邦环境部曾专门组织宣传教育活动，鼓励民众珍惜资源。

柏林城市清洁公司还建议市民将自己尚能使用的电子产品在网上的“交换和馈赠市场”作一下广告，也许能引起其他人的兴趣，或者捐给慈善机构，“用捐赠代替丢弃”，化无用为有用。

（资

讯）

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