遥感与GIS的青海湖岸线分维研究_张灿龙

《遥感与GIS的青海湖岸线分维研究_张灿龙》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第8卷第4期地球信息科学Vol.8,No.42006年12月GEO-INFORMATIONSCIENCEDec.,2006遥感与GIS的青海湖岸线分维研究张灿龙1，邓自旺1，倪绍祥1，胡颖文2，陈健1，刘振波1(1南京师范大学地理科学学院，南京210097；2南京大学城市与资源学系，南京210093)摘要：讨论了TM图像以及分形几何学对青海湖岸线问题的求解算法，同时估算了不同像元尺度下，青海湖的岸线长度得出青海湖岸线的分形维数为1.0237，并探讨了其地学意义，研究表明，分形维数不仅是一种可行的表达岸线特征的方法，而且岸线分维数的计算可大大减少工作量和提高工作效率，可见遥感与

2、GIS技术在岸线分维数的计算中，具有十分良好的应用前景。关键词：遥感；GIS；分形维数；岸线；青海湖1引言2岸线分析算法原理自然界的地物线千姿百态，如蜿蜒曲折的江目前，计算岸线分维的方法主要有量规法和格河，近似弧形的海岸线，形态各异的湖岸等，它们处网法[7]。下面，对两种算法的原理进行简要说明。处连续，但并非处处可微分。这些不规则的几何形体难以用经典几何中的直线、光滑曲线、光滑曲面2.1量规法算法原理来描述，但因它们具有自相似性，从而为分形几何如果用不同长度的尺子去量度同一段岸线，岸学的应用提供了可能。线的长度L(r)由尺子长度r和测量的次数N(r)来决分形理论最早见于Ric

3、hardson的研究工作，而定，即：系统提出这一理论的是美国数学家B.Mandelbrot[1]。L(r)=N(r)·r（1）一般把在形态（功能）和信息等方面具有自相似性因此，对于不同的尺子，岸线长度是一个变量。我们的研究对象统称为分形现象。所谓自相似性，简单用来表示不同尺度的尺子，那么岸线长度L为：地说就是局部的形态与整体形态相似，或者说，在μ（2）L(r)=q·r每一个放大的级别上，曲线的形状都是相似的。分式中，r表示不同的尺度，μ=1-D是余维，而D则是形学作为处理不规则形状的几何学正广泛应用于岸线的分维，q是待定常数。对式（2）两端同取双对不同科学领域，由于它能对空间

4、形态的生成、演化、数，可得如下表达式：发展过程进行解释，因此对以人类活动空间为主体lgL(r)=(1-D)lgr+C（3）研究对象的地理学有着极其重要的意义。而“岸线其中，C为待定常数。所以，只要根据资料作出lgL(r)求解”正是分形学最早解决的问题，它为我们研究-lgr的双对数曲线，并量出其斜率K（即μ），就可求青海湖岸线特征提供了理论和方法依据。得该岸线的分维：由于分形体没有特征尺度，不能用一般测度即D=1-K（4）长度、面积、体积这类几何对象的特征量来表示，只能用分形维数(Fractaldimension，简称“分维”)来度2.2格网法算法原理量，因而分维已成为描述无标

5、度现象的特征参数。用不同长度的正方形网格去覆盖岸线，因此，目前，我国在岸线分维的计算方面大多是通过对地被覆盖的有岸线的格网数目Nk(εk)与正方形格网长图资料进行分析而进行的[2~6]，基于GIS的遥感影像度放大（r或缩小ε）的倍数的关系为：k分析所得出某一岸线分维的研究并不多见。收稿日期：2005-09-02；修回日期：2005-12-21.资助项目：国家自然科学基金（49971056），江苏省研究生创新计划项目（1612005012、xm04-16）资助。作者简介：张灿龙（1979-），男，山东济宁人，南京师范大学地理科学学院地图学与GIS专业硕士研究生。主要研究方向为遥

6、感与GIS及其应用。E-mail:zclong0901@163.com·142·地球信息科学2006年D1D本研究拟通过对所用遥感影像进行重采样，获Nk∝r=()（5）εk得不同分辨率下的青海湖岸线遥感影像。而遥感影对式（5）两边同时取双对数可得：像上的水体与其他地物的光谱特征有很大差别，因lgNk(εk)=-Dlg(εk)+A（6）此可以选用适当的方法把水体提取出来，水体的边式中，A为待定常数，D为分维。缘线即为研究区岸线。由于栅格图像中无法提取周利用遥感和GIS获取岸线分维的方法前人已长信息，需将分类后的图像转换成矢量图，在Ar-有所探讨。朱晓华等[8]应用MapInfo

7、与ArcViewGIScViewGIS3.3中打开该矢量图即可直接在属性表软件对线体格网进行了分形分析出该方法不仅简中得到岸线的周长。周长量测的尺度即为单个像元单易操作,而且其计算结果的精度更高。马荣华等[9]的边长。由于经过重采样后不同的分辨率下像元所以遥感卫星影像为主要数据源,在GIS支持下,采代表的地物大小不同，每次量测所用的尺度也就不用格网和面积周长两种分形维数计算方法，计算了同。运用公式（3）、（4）可求出青海湖岸线的分维。由长江江苏段5个时相的岸线和岛屿空间分布的分于本文采用遥感图像上单个像