環(huán)礁典型地貌單元形態(tài)重構(gòu)與分類方法研究

王 琦

山東建筑大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101

全球環(huán)境變化和人類活動的強(qiáng)烈擾動使珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)正面臨著可持續(xù)發(fā)展的巨大壓力。目前，利用以光學(xué)遙感為主的被動遙感技術(shù)對遠(yuǎn)海珊瑚礁地貌進(jìn)行監(jiān)測是研究珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)變化的主要技術(shù)手段。由于大氣和海水對輻射信息的衰減作用，被動遙感技術(shù)還不足以記錄水下復(fù)雜的珊瑚礁地貌信息。機(jī)載激光雷達(dá)、船載聲學(xué)遙感等主動遙感技術(shù)的發(fā)展則為水下珊瑚礁大范圍高精度地貌信息的獲取提供了重要支持?；谏汉鹘钢鲃舆b感地貌監(jiān)測數(shù)據(jù)來獲取復(fù)雜的珊瑚礁地貌特征參數(shù)，可以更為全面、準(zhǔn)確地揭示珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的變化。但目前關(guān)于珊瑚礁地貌主動遙感的研究還比較薄弱，尤其是在珊瑚礁地貌形態(tài)模擬與分類方法研究方面還比較少，還不足以為具有多尺度、多層級關(guān)系和強(qiáng)空間變異性等復(fù)雜特性的珊瑚礁地貌特征參數(shù)提取提供方法支持。

論文針對珊瑚礁的復(fù)雜特性，聚焦于南海主要珊瑚礁類型-環(huán)礁，以環(huán)礁典型地貌單元礁坪、瀉湖為研究對象，基于主動遙感技術(shù)獲取的研究區(qū)地貌監(jiān)測數(shù)據(jù)，開展了環(huán)礁典型地貌單元形態(tài)重構(gòu)與分類方法的研究。主要內(nèi)容如下：

(1)高密度的環(huán)礁地貌主動遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)對于連續(xù)地貌形態(tài)表面建模造成不便，提出了一種顧及局部形態(tài)單元三維刻畫完整性的地貌監(jiān)測數(shù)據(jù)簡化方法。通過建立環(huán)礁局部地貌形態(tài)復(fù)雜度模型量化數(shù)據(jù)點的重要性實現(xiàn)數(shù)據(jù)簡化。在同等精度控制條件下該方法對地貌主動遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)的簡化程度高于已有方法，并且在地貌形態(tài)特征信息保留方面優(yōu)于已有方法，有利于降低地貌形態(tài)重構(gòu)的精度損失。

(2)環(huán)礁地貌具有“宏觀環(huán)狀分帶，微觀異質(zhì)破碎”的尺度分異特征，對常用表面建模方法在環(huán)礁地貌形態(tài)重構(gòu)中的適應(yīng)性進(jìn)行了分析。分別從數(shù)值精度和屬性精度的角度建立了形態(tài)精度評價指標(biāo)體系。評價結(jié)果表明：在環(huán)礁地貌形態(tài)重構(gòu)中普通克里金插值和徑向基函數(shù)插值優(yōu)于反距離加權(quán)插值和局部多項式插值；普通克里金插值更適應(yīng)于環(huán)礁地貌形態(tài)表面重構(gòu)，但對復(fù)雜的環(huán)礁地貌形態(tài)表面的空間變異估計還存在不足。

(3)針對普通克里金插值在環(huán)礁地貌形態(tài)重構(gòu)中空間變異估計不足的問題，提出了一種修正普通克里金插值方法。通過轉(zhuǎn)換全局分布參數(shù)來提高全局變異程度，同時通過局部殘差修正來降低局部精度損失。試驗結(jié)果表明：與已有修正方法相比，該方法能夠更好地反映區(qū)域變量的空間結(jié)構(gòu)特征，并且局部精度更高；該方法所重構(gòu)環(huán)礁地貌形態(tài)精度優(yōu)于普通克里金插值，可以作為一種更為可靠的建模方法用于珊瑚礁復(fù)雜地貌形態(tài)重構(gòu)。

(4)針對具有多層級關(guān)系特征的珊瑚礁復(fù)合地貌形態(tài)類型劃分的問題，提出了一種基于空間組成結(jié)構(gòu)的地貌形態(tài)邊界位置推斷與分類方法。利用環(huán)礁各地貌形態(tài)類型之間的空間組成結(jié)構(gòu)信息差異和空間拓?fù)潢P(guān)系，實現(xiàn)地貌形態(tài)類型的劃分。試驗結(jié)果顯示：試驗區(qū)地貌形態(tài)類型分類總體精度為94%，Kappa系數(shù)為0.91，可以獲得較為理想的環(huán)礁地貌單元形態(tài)分類分布。