近岸视频观测方法研究——以青岛石老人海滩为例
海岸是陆地与海水交界的缓冲区域，是一个高度复杂、多样化的复合交叉系统，海岸带的形态和地貌受气候、波浪、潮汐、人类活动等因素的影响，在不同时空尺度上发生着复杂的变化。由于海洋动力、地质构造的演变、海平面上升、人类在海岸带的开发利用活动等因素的共同作用，海岸线发生系列的变动，包括向海淤进、向陆地侵蚀等空间位置上的变化以及岸线走向、岸线长度的变化。及时获取不同时空尺度的海岸侵蚀与淤积、海岸线的变迁、海岸带动力要素及地貌形态等数据，对掌握海岸变化量、分析沉积物输送及方向、研究陆海相互作用机制、监控工程后的海滩变化及海岸管理等具有重大意义。 虽然卫星遥感、飞机航拍等技术已经成为近岸监测的主要手段，但是这些方法成本较高、分辨率低、不能实时监测等，难以及时的获得近岸的相关信息等。相较于传统测量、遥感及航拍等方法，视频监测方法能够实时的记录海岸变化信息，及时的为海滩管理者提供必要的信息；同时结合计算机技术和先进的信息分析方法，为沿海管理机构提供有效的技术支撑。 本文基于视频监测技术在海滩环境监测中的应用，以青岛市石老人海滩东部为监测对象，构建了海滩成像与图像采集系统，创建了旅游海滩——石老人海滩的实时监测与定量分析方法。该系统从2011.05起，每天连续采集10分钟长度为600m的石老人海滩东部的序列图像，收集了近一年的石老人海滩变化图像，为海滩的高时空变化监测提供了有效的信息。 围绕由于光学镜头引起的畸变及对图像进行物方空间坐标的描述等问题，实现了基于光学参数的计算来进行光学畸变的矫正，以提高测量精度；利用地面控制点，依据小孔成像特点，建立像点坐标与空间坐标之间的关系模型，利用直接线性方程(DLT)标定摄像机的内外参数，实现图像的像方空间坐标与物方空间坐标的转换，由于不需要考虑摄像机位置、倾角等参数，具有较好实用性。针对所监测海滩环境特点，同时围绕海滩视频图像分析目标多样化，提出基于聚类分析的无监督学习的目标物类型自动识别算法实现不同目标物的自动分割，为海滩目标的快速、自动检测、统计与评估提供了新的方法。基于所提出的目标识别方法，对近一年来石老人海滩的面积、海滩的宽度、浒苔的面积等变化信息进行了分析与评估。分析结果表明，针对观测区域，海滩的最小宽度仅为9m，最大宽度为129m。海滩的面积最小为18000m2，最大面积为69000m2，而在台风时期海滩的面积约为33000m2，相较于观测期间的海滩的最大面积，台风时期海滩的面积减少了52％。浒苔爆发时，覆盖海滩面积可达27000m2，占据了整个观测区域面积的36%。上述研究结果表明，低成本的近岸视频监测方法可以为海滩管理者提供海滩变化的实时信息，便于海滩管理者采取措施并及时的做出决策，对管理海滩具有较好的实际应用意义。
海岸线;视频观测技术;图像采集系统;光学参数;海滩环境
中国海洋大学
硕士
第四纪地质学
于新生
2013
中文
P753;P715.4
77
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）