本發(fā)明涉及地理環(huán)境勘測領(lǐng)域，尤其涉及一種冰川的冰流線提取方法及裝置。

背景技術(shù)：

合成孔徑雷達(dá)(SAR)因其可全天時(shí)、全天候工作且不受云、雨的影響而成為遙感應(yīng)用的前沿領(lǐng)域。SAR干涉測量(Inteferometry)利用SAR數(shù)據(jù)的相位信息可獲得大地表面厘米級的形變而成為冰川表面流速監(jiān)測廣泛使用的手段；SAR圖像相關(guān)方法(SRFT)能克服干涉測量方法因失相干嚴(yán)重而難以產(chǎn)生清晰的干涉條紋以及可見光圖像質(zhì)量由于云遮、雪蓋限制的不足而成為目前山地冰川表面流速遙感監(jiān)測的首選方式。

但由于冰川是流動(dòng)的，且冰流線是多起點(diǎn)的，復(fù)合型冰川并不存在單一的中流線，研究時(shí)需要在時(shí)間和空間上精確對應(yīng)，才能提取出冰川動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)如冰流線等。當(dāng)前對冰流線的提取主要是根據(jù)冰川邊界及數(shù)字高程模型提取單一中流線，并不能準(zhǔn)確描述冰川的動(dòng)力狀態(tài)；目前應(yīng)用冰川動(dòng)力學(xué)厚度模型計(jì)算冰川厚度僅使用主流線存在一定范圍的誤差。因此設(shè)計(jì)一種準(zhǔn)確提取冰川動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的方法十分必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種冰川的冰流線提取方法。

本發(fā)明第一個(gè)方面提供一種冰川的冰流線提取方法，包括：

根據(jù)遙感圖像特征匹配或合成孔徑雷達(dá)圖像特征匹配提取被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量；

根據(jù)所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量獲得所述被測冰川的至少兩條冰流線；

根據(jù)所述被測冰川的至少兩條冰流線，確定所述被測冰川的動(dòng)力狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述遙感圖像特征匹配或合成孔徑雷達(dá)圖像特征匹配通過所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，所述單視復(fù)數(shù)據(jù)通過采用條帶模式的星載合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星獲得。

優(yōu)選地，所述根據(jù)遙感圖像特征匹配或合成孔徑雷達(dá)圖像特征匹配提取被測冰川的光學(xué)遙感圖像，獲得所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量，包括：

根據(jù)所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)，獲得所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，確定所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量；

所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包含所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。

優(yōu)選地，所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)通過重復(fù)周期獲得。

優(yōu)選地，所述重復(fù)周期為11天的整數(shù)倍。

優(yōu)選地，所述條帶模式的覆蓋范圍為30km*50km；所述單視復(fù)數(shù)據(jù)的分辨率為2.5m。

優(yōu)選地，所述根據(jù)所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)，獲得所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，包括：

采用圖像強(qiáng)度特征匹配機(jī)制從所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)，獲得所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述根據(jù)所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)，獲得所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，包括：

從所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)提取所述灰度特征；

根據(jù)所述灰度特征獲得所述被測冰川的特征偏移值；

根據(jù)所述被測冰川的特征偏移值確定所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述根據(jù)所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，確定所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量，包括：

將所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為所述被測冰川的矢量點(diǎn)；

將所述被測冰川的矢量點(diǎn)作為所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，在所述根據(jù)所述被測冰川的至少兩條冰流線，確定所述被測冰川的動(dòng)力狀態(tài)之后，還包括：

將所述被測冰川的至少兩條冰流線與遙感影像灰度紋理對比，確認(rèn)所述被測冰川的至少兩條冰流線是否準(zhǔn)確。

本發(fā)明第二個(gè)方面提供一種冰流線提取裝置，包括：

矢量獲取模塊，用于根據(jù)遙感圖像特征匹配或合成孔徑雷達(dá)圖像特征匹配提取被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量；

提取模塊，用于根據(jù)所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量獲得所述被測冰川的至少兩條冰流線；

確定模塊，用于根據(jù)所述被測冰川的至少兩條冰流線，確定所述被測冰川的動(dòng)力狀態(tài)。

可選地，所述遙感圖像特征匹配或合成孔徑雷達(dá)圖像特征匹配通過所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，所述單視復(fù)數(shù)據(jù)通過采用條帶模式的星載合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星獲得。

可選地，所述矢量獲取模塊，具體用于：

根據(jù)所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)，獲得所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，確定所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量；

所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包含所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。

可選地，所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)通過重復(fù)周期獲得。

可選地，所述重復(fù)周期為11天的整數(shù)倍。

可選地，所述條帶模式的覆蓋范圍為30km*50km；所述單視復(fù)數(shù)據(jù)的分辨率為2.5m。

可選地，所述矢量獲取模塊，具體用于：

采用圖像強(qiáng)度特征匹配機(jī)制從所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)，獲得所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

可選地，所述矢量獲取模塊，具體用于：

從所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)提取所述灰度特征；

根據(jù)所述灰度特征獲得所述被測冰川的特征偏移值；

根據(jù)所述被測冰川的特征偏移值確定所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

可選地，所述矢量獲取模塊，具體用于：

將所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為所述被測冰川的矢量點(diǎn)；

將所述被測冰川的矢量點(diǎn)作為所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)。

可選地，還包括：

確認(rèn)模塊，用于將所述被測冰川的至少兩條冰流線與遙感影像灰度紋理對比，確認(rèn)所述被測冰川的至少兩條冰流線是否準(zhǔn)確。

本發(fā)明實(shí)施例提供的冰川的冰流線提取方法及裝置，通過冰流線提取裝置根據(jù)遙感圖像特征匹配或合成孔徑雷達(dá)圖像特征匹配提取被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量，再由該裝置根據(jù)所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量獲得所述被測冰川的至少兩條冰流線，最終該裝置根據(jù)所述被測冰川的至少兩條冰流線，確定所述被測冰川的動(dòng)力狀態(tài)，以便獲得冰川運(yùn)動(dòng)更加豐富的數(shù)據(jù)信息，從而能夠更加準(zhǔn)確監(jiān)測冰川活動(dòng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種冰川的冰流線提取方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種冰川的冰流線提取方法的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度獲取方式的流程示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種冰流線提取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種冰流線提取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種冰川的冰流線提取方法的流程示意圖，參照圖1，該方法包括：

步驟100、根據(jù)遙感圖像特征匹配或合成孔徑雷達(dá)圖像特征匹配提取被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量；

具體的，該遙感圖像特征匹配或合成孔徑雷達(dá)圖像特征匹配可以采用：根據(jù)TerraSAR-X圖像特征匹配方法估計(jì)被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量；

步驟101、根據(jù)所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量獲得所述被測冰川的至少兩條冰流線；

步驟102、根據(jù)所述被測冰川的至少兩條冰流線，確定所述被測冰川的動(dòng)力狀態(tài)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的冰川的冰流線提取方法，通過冰流線提取裝置根據(jù)遙感圖像特征匹配或合成孔徑雷達(dá)圖像特征匹配提取被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量，再由該裝置根據(jù)所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量獲得所述被測冰川的至少兩條冰流線，最終該裝置根據(jù)所述被測冰川的至少兩條冰流線，確定所述被測冰川的動(dòng)力狀態(tài)，以便獲得冰川運(yùn)動(dòng)更加豐富的數(shù)據(jù)信息，從而能夠更加準(zhǔn)確監(jiān)測冰川活動(dòng)。

進(jìn)一步地，對于步驟100中被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量可以通過多種方式獲得，下面給出一種獲得被測冰川的合成孔徑雷達(dá)圖像特征匹配方式：

所述被測冰川的合成孔徑雷達(dá)圖像為單視復(fù)數(shù)據(jù)，即遙感圖像特征匹配或合成孔徑雷達(dá)圖像特征匹配通過所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，所述單視復(fù)數(shù)據(jù)通過采用條帶模式的星載合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星獲得。

具體的，星載合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星采用TerraSAR-X或TanDEM-X衛(wèi)星圖像。

進(jìn)一步地，步驟100的一種可能的實(shí)現(xiàn)方式為：

步驟100-1、根據(jù)所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)，獲得所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；

步驟100-2、根據(jù)所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，確定所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量；

其中，所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包含所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。

進(jìn)一步地，所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)通過重復(fù)周期獲得。

可選的，所述重復(fù)周期至少為11天；或者也可以為11天的整數(shù)倍。

進(jìn)一步地，上文采用的星載合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星TerraSAR-X或TanDEM-X，其條帶模式的覆蓋范圍為：30km*50km，進(jìn)一步上述單視復(fù)(single look complex)數(shù)據(jù)的分辨率為2.5m。

進(jìn)一步地，步驟100-1的一種可能的實(shí)現(xiàn)方式為：

采用圖像強(qiáng)度特征匹配機(jī)制從所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)，獲得所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

具體的，合成孔徑雷達(dá)形變監(jiān)測有兩類方法：一是差分干涉，二是特征匹配。對于冰川形變監(jiān)測，通常3天的間隔圖像對不可能維持高相干度，因此干涉測量方法不能采用；特征匹配方法是根據(jù)灰度特征匹配，一般不超過1年間隔都可以采用。因此本發(fā)明實(shí)施例采用灰度特征匹配，即圖像強(qiáng)度特征匹配機(jī)制。

步驟100-1的另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式為：

從所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)提取所述灰度特征；

根據(jù)所述灰度特征獲得所述被測冰川的特征偏移值；

根據(jù)所述被測冰川的特征偏移值確定所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，步驟100-2的另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式為：

將所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為所述被測冰川的矢量點(diǎn)；

將所述被測冰川的矢量點(diǎn)作為所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)。

具體的，矢量點(diǎn)由柵格圖像轉(zhuǎn)換而來，水平分定位精度與合成孔徑雷達(dá)圖像分辨率一致，獲得的流速值與實(shí)測值比較有一定的偏差，誤差±3-7m/year。

最終為了保證獲得的被測冰川的至少兩條冰流線的準(zhǔn)確性，優(yōu)選地，在步驟102后，還包括：

步驟103、將所述被測冰川的至少兩條冰流線與遙感影像灰度紋理對比，確認(rèn)所述被測冰川的至少兩條冰流線是否準(zhǔn)確。

下面基于上述實(shí)施例給出的方法，給出具體的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行說明。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種冰川的冰流線提取方法的流程示意圖，參照圖2，該方法包括：

首先根據(jù)星載合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星獲取待測冰川的兩張圖像；

具體的，兩張圖象即為上述單視復(fù)數(shù)據(jù)；

進(jìn)行合成雷達(dá)圖像強(qiáng)度特征匹配；

具體的，強(qiáng)度特征匹配是搜索一定窗口大小內(nèi)兩幅圖像灰度(強(qiáng)度)高相關(guān)點(diǎn)，并計(jì)算兩點(diǎn)之間的偏移；

使用IDL編寫最小費(fèi)用流(Minimum Cost Flow，MCF)算法程序，對經(jīng)過合成雷達(dá)圖像強(qiáng)度特征匹配獲得的矢量點(diǎn)進(jìn)行連接；

將矢量點(diǎn)連接后，獲得被測冰川的至少兩條冰流線，給定起點(diǎn)的所有冰流線。

具體的，在將矢量點(diǎn)連接后的線條，首先與感影像灰度紋理對比，若匹配成功，則將矢量點(diǎn)連接后的線條作為被測冰川的冰流線。

具體的，對于MCF算法，其實(shí)現(xiàn)方式為：

【1】讀入表面流速矢量文件；

【2】定義費(fèi)用，使用權(quán)值來衡量，以矢量距離與方向差之積作為費(fèi)用的權(quán)值，可定義8個(gè)方向；例如當(dāng)前后兩個(gè)矢量冰流矢量方向角度值差為<|45°|,方向權(quán)值為1，權(quán)值按角度差大小依次增加；定義總權(quán)值為pixel_length*方向權(quán)值。標(biāo)識路徑點(diǎn)；尋找下一個(gè)最小費(fèi)用的點(diǎn)；直到終點(diǎn)；

【3】設(shè)置n個(gè)起點(diǎn)和終點(diǎn)，逐個(gè)搜索；

【4】生成線文件；

為了根據(jù)所述被測冰川的特征偏移值獲得所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度獲取方式的流程示意圖，其中，本方法采用星載合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星于2015/08/02和2015/11/09獲取的可用圖像作為被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)；

將2015/08/02和2015/11/09獲取的可用圖像進(jìn)行精配準(zhǔn)；

在對配準(zhǔn)后的圖像進(jìn)行特征匹配，

其中，整個(gè)運(yùn)動(dòng)速度矢量的獲取是用商業(yè)的GAMMA軟件處理的；

對可用圖像進(jìn)行偏移計(jì)算并完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；

根據(jù)偏移值獲得被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量，即表面運(yùn)動(dòng)速度。

為了執(zhí)行上述各個(gè)實(shí)施例提供的步驟，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種冰流線提取裝置，圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種冰流線提取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，參照圖4，該裝置包括：矢量獲取模塊100、提取模塊101和確定模塊102；

矢量獲取模塊100，用于根據(jù)遙感圖像特征匹配或合成孔徑雷達(dá)圖像特征匹配提取被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量；

提取模塊101，用于根據(jù)所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量獲得所述被測冰川的至少兩條冰流線；

確定模塊102，用于根據(jù)所述被測冰川的至少兩條冰流線，確定所述被測冰川的動(dòng)力狀態(tài)。

本實(shí)施例提供的冰流線提取裝置，首先矢量獲取模塊根據(jù)遙感圖像特征匹配或合成孔徑雷達(dá)圖像特征匹配提取被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量；之后提取模塊根據(jù)所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量獲得所述被測冰川的至少兩條冰流線；最終確定模塊根據(jù)所述被測冰川的至少兩條冰流線，確定所述被測冰川的動(dòng)力狀態(tài)，以便獲得冰川運(yùn)動(dòng)更加豐富的數(shù)據(jù)信息，從而能夠更加準(zhǔn)確監(jiān)測冰川活動(dòng)。

可選地，所述遙感圖像特征匹配或合成孔徑雷達(dá)圖像特征匹配通過所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，所述單視復(fù)數(shù)據(jù)通過采用條帶模式的星載合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星獲得。

進(jìn)一步地，所述矢量獲取模塊100，具體用于：

根據(jù)所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)，獲得所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，確定所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)速度矢量；

所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包含所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。

可選地，所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)通過重復(fù)周期獲得。

可選地，所述重復(fù)周期至少為11天；或者也可以為11天的整數(shù)倍。

可選地，所述條帶模式的覆蓋范圍為30km*50km；所述單視復(fù)數(shù)據(jù)的分辨率為2.5m。

可選地，所述矢量獲取模塊100，具體用于：

采用圖像強(qiáng)度特征匹配機(jī)制從所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)，獲得所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

可選地，所述矢量獲取模塊100，具體用于：

從所述被測冰川的單視復(fù)數(shù)據(jù)提取所述灰度特征；

根據(jù)所述灰度特征獲得所述被測冰川的特征偏移值；

根據(jù)所述被測冰川的特征偏移值確定所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述矢量獲取模塊100，具體用于：

將所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為所述被測冰川的矢量點(diǎn)；

將所述被測冰川的矢量點(diǎn)作為所述被測冰川的運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)。

在圖4的基礎(chǔ)上，圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種冰流線提取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，參照圖5，該裝置包括：還包括：確認(rèn)模塊103；

確認(rèn)模塊103，用于將所述被測冰川的至少兩條冰流線與遙感影像灰度紋理對比，確認(rèn)所述被測冰川的至少兩條冰流線是否準(zhǔn)確。