(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210935447.2 (22)申请日 2022.08.04 (71)申请人 中国科学院地理科 学与资源研究所 地址 100101 北京市朝阳区大屯路甲1 1号 (72)发明人 王亚飞　陈东　孙威　廖锦峰　 何垚　唐诗思　 (74)专利代理 机构 南京同泽专利事务所(特殊 普通合伙) 32245 专利代理师 蔡晶晶 (51)Int.Cl. G06K 9/62(2022.01) G06N 20/00(2019.01) (54)发明名称 一种岸线功能与结构长时序检测方法 (57)摘要 本发明公开一种岸线功能与结构长时序变 化检测方法， 首先， 构建岸线开发利用功能分类 体系， 选取一定范围的海岸带， 利用地理大数据 平台和随机森林算法实现长时序功能分类； 其 次， 采用扫描线种子填充与基于面向特征的识别 算法， 实现海水、 养殖池 塘及盐田的空间分离， 并 自动识别长时序的瞬时水边线； 最后， 通过等距 离剖面线与不同时期岸线相交点来计算岸线移 动速率， 利用多重缓冲线与功能分类结果的相交 分析， 识别功能稳定的岸线特征线， 并检测岸线 功能与结构的空间分异。 本发明实现了岸线功能 与结构长时序识别并提高了变化检测的精度， 尤 其适用于长时序连续、 大范围岸线功能与结构变 化， 能够直接应用于岸线可持续与空间治理的辅 助决策。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115293262 A 2022.11.04 CN 115293262 A 1.一种岸线功能与结构长时序变化检测方法， 其特征在于： 本检测方法包括以下步骤： S1、 影像数据搜集与选取； S2、 构建岸线开 发保护功能分类； S 3、 距离岸线一定范围的土地利 用功能分类； S4、 利用扫描线种子填充算法分离海水； S 5、 将陆域水域分割为自然 水域、 养殖 池塘和盐田； S6、 岸线追踪与平滑； S7、 岸线剖面与功能变化分析； S8、 岸线特征线的功能变 化； S9、 岸线功能动态变化分异， 其中： S1： 影像数据搜集与选取： 利用卫星影像数据处理工具， 收集指定时间范围和研究范围 的所有云量少于15%的Lan dsat数据， 以及VIIRS夜间灯光数据、 SRTM数字高程数据， 进行影 像拼接与裁 剪的处理； S2： 构建岸线开发保护功能分类： 按照陆域地物分类特点， 将海岸带划分为建设用地、 耕地、 林地、 草 地、 水体、 裸 地等不同类型； 兼顾海陆统筹特点， 从岸线开发与利用的双重维度， 进一步将水体划分为内陆天然水 域、 养殖池塘及盐田、 海水， 将裸 地划分为沿海滩涂与未利用地； S3： 距离岸线一定范围的土地利用功能分类： 借助卫星影像数据处理工具， 采用随机森 林算法实现长时序土地利用功能分类； S4、 利用扫描线种子填充算法分离海水： 将步骤S3的分类结果按照是否为水体进行二 值化； S5、 将陆域水域分割为自然水域、 养殖池塘和盐田： 在步骤S4海水分离之后， 对陆域水 体进行对象分割和轮廓提取等预 处理， 依次计算第i个内陆水域对象Pi的中心线长度li、 宽 纵比ri和凸包vi三个形态特征， 宽纵比r i为内陆水域对象Pi的中心线长度li与内陆水域对 象Pi的像素总数Si的比值， 凸包 vi为凸周长Pi(c)与周长Pi(p)的比值， 用来评价对象凸性； S6、 岸线追踪与平滑： 利用属性值将海水部分从分类影像 中分离出来， 跟踪海水栅格数 据的边界， 获取边界点信息， 构造矢量多边形， 将多边形 的边界存储为线， 选择其中表示陆 地与海水分界处的部分， 作为瞬时水边线， 并进行平滑处理， 使其更接近真实海岸线， 得到 多期海岸线； S7、 岸线剖面与功能变化分析： 基于海岸带形态演变的阶段性与空间分异特征， 对岸线 的形态进行长时序的分析， 检测岸线的形态变化； S8、 岸线特征线的功能变化： 由海岸线向内陆选取若干条等间距的功能线， 叠加 功能分 类影像， 计算利用功能类型在功能线上的长度占比， 计算相邻功能线之间的差值； S9、 岸线功能动态变化分异： 将岸线各功能类型变化量与功能岸线长度之比的年均变 化量， 表征研究时期内岸线开 发保护功能的变化水平， 基于数值分布特征， 对指标参数进 行 等级划分， 分析岸线开发保护功能的变化与年际分异。 2.根据权利要求1所述的岸线功能与 结构长时序变化检测方法， 其特征在于： 本方法步 骤S3包括步骤： A1、 样本点选取与空间优化； A2、 特征向量计算与遴选； A3、 基于随机森林分 类器的长时序分类； A4、 分类纠正与精度评价， 其中： A1、 样本点选取与空间优化： 针对陆域地物分类， 借助于Google  Earth高分辨率历史影 像， 选取指定时间范围内每一 年的不同功能地物的样本点； A2、 特征向量计算与遴选： 根据研究区域的特征， 计算归一化差水指数(NDWI)、 归一化 植被指数 （NDVI） 、 归一化建筑指数 （NDBI） 特征变量， 引入GEE平台可计算的所有纹理特征， 与VIIRS夜间灯光数据、 数字高程数据 （SRTM） 构成不同特征变量的组合方式， 对比不同组合权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115293262 A 2方式的精度结果， 筛 选出最优的特 征向量； A3、 基于随机森林分类器的长时序分类： 利用最终训练样本、 最优特征变量组合对随机 森林分类 器进行训练， 完成训练后， 逐年对相应年份的影 像进行分类； A4、 分类纠正与精度评价： 以像素级时间序列为对象， 采用滑动窗口方法一一纠正前后 序列不一致的开发利用功能类型。 3.根据权利要求2所述的岸线功能与 结构长时序变化检测方法， 其特征在于： 本方法步 骤S4包括以下步骤： B1、 选一个海水像元作为种子点， 放入堆栈中， 作为待填充对象； B2、 填充当前种子点所处水平扫描线到陆地边界之前的区段， 填充完毕后删除堆栈中 的该种子点， 然后确定与此相 邻的上下两条平行扫描线， 并在这两者与边界间的区段中， 取 与种子点上 下相邻的点并存 入堆栈中， 作为下次填充的种子点； B3、 反复这 一过程， 直至清空堆栈内所有种子点， 则海水分离 完成。 4.根据权利要求1所述的岸线功能与 结构长时序变化检测方法， 其特征在于： 本方法步 骤S7包括以下步骤： C1： 对历史海岸线分别求取最小外包矩形 （MBR） ， 取所有最小外包矩形的并集作 为研究 区， 以海岸线为基准， 逐年计算研 究区内的陆域面积SLand与海域面积SSea， 计算相邻年份 的陆域面积 变化量Sc， 根据Sc的正负值、 绝对值大小等数值特征， 基于时间分异的视角划分 变化阶段， 分析岸线的变化趋势； C2： 对步骤C1中不同变化阶段的岸线求取平均位置， 向海域平移一个像元获取不同阶 段内的海岸线基线， 根据海岸线规模选取固定间隔， 确定间隔点， 并提取间隔点的土地利用 功能属性； C3： 由间隔点向基线生成剖面线， 测度各间隔点的剖面线长度， 计算各剖面线的长度变 化速率， 并根据间隔点的功能分类制作散点图， 形成岸线功能变化的结构图。 5.根据权利要求1所述的岸线功能与 结构长时序变化检测方法， 其特征在于： 所述卫星 影像数据处 理工具包括有GE E平台。 6.根据权利要求2所述的岸线功能与 结构长时序变化检测方法， 其特征在于： 所述步骤 A1中使用GEE内置随机函数对训练样 本点进行20次随机位置分布， 取精度最高的结果， 作为 最终训练样本， 将其中80%的样本点作为训练样本点， 20%作为验证样本点。 7.根据权利要求2所述的岸线功能与 结构长时序变化检测方法， 其特征在于： 所述步骤 A4中利用验证样本， 依 次对每一年国土空间功能分类结果进行初始精度评价， 计算总体精 度和kappa系数， 将多年平均总体精度和kap pa系数作为初始 精度评价指标。 8.根据权利要求1所述的岸线功能与 结构长时序变化检测方法， 其特征在于： 本方法步 骤S5中当内陆水域对象Pi的中心线长度li、 宽纵比r i和凸包vi三个形态特征均达到预设阈 值， 则判定为 天然水域， 否则为近海养殖用地及盐田， 从而实现天然 水域和近海养殖用地及 盐田的划分。 9.根据权利要求1所述的岸线功能与 结构长时序变化检测方法， 其特征在于： 本方法步 骤S8计算出的相 邻功能线之 间的差值选取绝对值小于0.01的稳定区间， 选取区间内的中间 位置作为岸线功能的特 征线。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115293262 A 3