海岸线变迁开题报告

山 东 科 技 大 学
本科毕业设计（论文）开题报告

题 目 基于遥感的1987-2015年黄河三角洲
海岸线变迁研究

学 院 名 称 测绘科学与工程学院
专业班级 遥感科学与技术2013-1
学生姓名 宋京卓
学 号 0420
指 导 教 师 黄珏

填表时间： 年 月 日
填表说明
1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之
一。
2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指
导教师签署意见、相关系主任审查后生效。
3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。
4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。
5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。
设计（论文）
题目
黄河三角洲海岸线特征提取方法与变迁研究

设计（论文）
类型（划“√”）

工程设计 应用研究 开发研究 基础研究
其它

√
一、 本课题的研究目的和意义
海岸带是人类活动的地区，这里遍布工业城市和海港，不仅是国
防前哨，而且是海陆交通的枢纽、经济发展的重要基地。长期以来，
人们的生产生活与海岸带之间构成了密不可分的关系。海岸带人口聚
集、资源丰富、开发程度高，汇集了大量的产业和重要的城市。同时
海岸带也是地质环境及生态环境、最敏感最脆弱的地带，是能量流和
物质流重要的聚散地带。海岸线作为海岸带的重要标志之一，对于海
岸带区域的生态系统兴衰、环境演变及海岸的侵蚀等均起到重要的指
示作用。
因此，从事海岸地貌的研究，掌握海岸的演变过程，预测海岸的变
化趋势，对港口建设、围垦、养殖、旅游和海岸能源等自然资源的合
理开发利用，都有着十分重要的意义。

二、 本课题的主要研究内容（提纲）
1.黄河三角洲海岸线特征提取方法对比
水体提取二值化
监督分类
边缘提取算法

2.黄河三角洲海岸线变化结果及原因分析
数据选择
黄河三角洲 Landsat5 TM卫星影像（1987年、1996年、1997年、
2002年、2007年）以及Landsat8 OLI卫星影像（2015年）6期影像数
据。
数据结果分析
通过分析1987—2015年近30年共6期海岸线，利用提取出的6期
海岸线叠加图，通过Arcgis软件统计得到6期海岸线的长度和变化速
率，根据黄河利津站的年输沙量和人类活动，对海岸线变化的原因进
行分析和总结，最后得出结论。

三、 文献综述（国内外研究情况及其发展）
国外研究进展
关于海岸线方法解译方法的研究大多基于遥感图像中的水边线
提取，这些算法虽然只是利用数字图像处理技术来确定海陆分界线，
但作为海岸线提取的必要步骤必不可少。
Rajesh Karki[1]结合方法调查了拉丁美洲地区海岸线的长期时空
变化。通过对周边地区一年间相关数据的对比,揭示了岸线腐蚀或增长
随时空变化的统计规律。
Margaret ’lorio[2]利用RS和GIS技术,详细评估了红树林的损坏对
沉积质变化和岸线迁移的影响。同时提供了红树林的分布主线、岸线
变化率及土地利用和环境变化的编年史。
[3]等対Landsat TM4波段图像应用密度分割法成功提取出河流
和湖泊水体, 的研究也表明,对Landsat TM5波段图像进行密度分割可
有效地提取出水边界.在探刻了解潮滩光谱反射特征(潮滩不同部分的
反射率不同）的基础上,根据 Landsat TM4波段和 TM5波段图像的直
方图.可通过选取合适的阈值将图像沿水边界分割开来,但在近岸海水
比较浑浊的情况下.该方法应用的难度和误差均较大。
国内研究进展
黄海军[4]等在对潮位校正、域度改正等方法研究的基础上，提供
了一套利用卫星影像研究验潮站位较少的淤泥质海滩岸线变化的方
法，并根据多时相卫星影像数据分析了自1976年黄河改道以来海岸线
变化的特点及影响因素。
李富林[5]等通过对高湖线的对比，分析了黄河三角洲海岸线的整
体动态变化过程,，并预测了河口的发育过程及岸线変化所起的多方面
的环境地质效应。
蔡泽建[6]等利用3期卫星遥感图像对20年来江苏海岸线的演变
特点和趋势作了系统的分析，并根据史料对历史岸线作了概括的分析。
进而判出岸线的稳定性。
范典[7]等提出一种基于二进小波变换的从遥感图像中提取湖岸
线的方法, 该方法首先利用边缘和噪声的奇异性在二进小波变换中随
尺度变化具有不同的传播规律来检测边象点，然后利用基于梯度矢量
流的主动轮廓模型进行边缘点的连接。最后有效地消除了图像中的斑
点噪声对边线提取的影响，并准确地提取出湖岸线。
姜义[8]等针对中国具有典型的淤泥海岸带的海湾——渤海湾.。
应用不同时期的历史资料及多时相的MSS 、TM、ETM等遥感数据，
经计算机的信息增强与复合处理,提取了近百年来海岸线的变化信息,
并根据对不同类型岸段的研究,得出了渤海湾西岸泥质海岸带近百年来
“相对快速变化-的结论。
朱小鸽[9]以多时相Landsat 卫星遥感图像为数据源，采用神经网
络分类法监测了珠江口、香港和澳门等地区的海岸线变化，计算出陆
地增长的面积、 并结分析了海岸线变化的原因。
吕京福[10]等同通过对计算海岸线变化速率的四种方法(端点法、
平均速率法、线性回归法、多元回归法)的特点及其影响因素的比较分
析，提出了上述各种方法的适用范围和选取准则并通过对山东日照地
区的实例分析，说明数据总量和取样频度、 总采样时间长度及数据的
精度等均会影响到计算结果的精度。
王琳[11]等例利用1989、1995和2000年三个时期的
LansatTM/ETM,卫星影像。通过变化检测和信息提取获得厦门市
1989-2000年的岸线变化信息，并分析了厦门市海域面积未来的变化趋
势及原因。
存在的问题
由上述分析不难发观, 目前国内这方面的研究大多为针对某种
海岸类型或某局部区域而来取某种固有的算法来进行, 其普通性和效
率均有待提高。因此有必要在现有的影像资料、地图数据乃至海图资
料的基础上,探究一种适用性更广、效率更高的新型遥感影像岸线提取
方法，并在综合考虑各种影响因素的前提下力求能在检测速度及提取
精度方面得到改进。

四、 拟解决的关键问题
1. 多时相遥感数据海岸线提取
2. 海岸线变迁结果及原因分析
五、 研究思路
运用不同实验方法提取出1987年的Landsat5 TM遥感影像，通过
对比分析其优劣，最终采用一种最优方法，提取6期遥感影像海岸线，
基于1987—2015年6期海岸线利用提取出的海岸线叠加图来计算海岸
线长度和变化速率，通过分析海岸线长度、变化速率等特征来确定海
岸线变化的原因，从而得出结论。

六、实验方法
1.改进归一化水体指数
NDWI(Normalized Difference Water Index,归一化水指数)，用遥感影
像的特定波段进行归一化差值处理，以凸显影像中的水体信息。
Mcfeeters在1996年提出的归一化差分水体指数（NDWI）

其表达式为：NDWI =(p(Green)-p(NIR))/(p(Green)+p(NIR))是基于绿波
段与近红外波段的归一化比值指数。该NDWI一般用来提取影像中的
水体信息，效果较好。

局限性：用NDWI来提取有较多建筑物背景的水体，如城市中的水
体，其效果会较差。
2.监督分类（最大似然值）
监督分类 （supervised classification）又称训练场地法，是以建立统计
识别函数为理论基础，依据典型样本训练方法进行分类的技术。即根
据已知训练区提供的样本，通过选择特征参数，求出特征参数作为决
策规则，建立判别函数以对各待分类影像进行的图像分类，是模式识
别的一种方法。要求训练区域具有典型性和代表性。判别准则若满足
分类精度要求，则此准则成立；反之，需重新建立分类的决策规则，
直至满足分类精度要求为止。常用算法有：判别分析、最大似然分析、
特征分析、序贯分析和图形识别等。
3.边缘检测算法
图像边缘是指某一个物体周围灰度呈阶跃变化的那些像素的集合。图
像边缘对应着图像灰度的不连续性,且真实图像的边缘通常都具有有
限的宽度,呈现出陡峭的斜坡状。边缘检测通过检测每个像素与其邻域
的状态,来决定该像素是否处于一个物体的边界上。如果一个像元位于
某一物体的边界上,则其邻域像元灰度值的变化就比较大,此时若能用
某种算法检测出这种变化并将其量化表示,即可确定图像的边缘。当图
像中各个像素的灰度级均符合边缘像素要求时,这种图像即被称为边
缘图像当然,亦可用二值图像来表示图像边缘,这时对边缘点只表示其
位置,而不显示其强弱程度边缘检测算子通过检查每个像元的邻域并
对其灰度级进行量化来确定边界,且大部分算子都可以确定方向。边缘
检测算子大多基于方向导数掩模求卷积方法,其中最常用的有Canny算
子、Robert算子、Sobel算子、Prewitt算子等。
七、本课题的进度安排
第一周（）资料收集与数据获取
第二周（）水体指数提取海岸线
第三周（）监督分类提取海岸线
第四周（）边缘检测方法提取海岸线
第五周（）海岸线变化原因分析
第六周（）资料整理与毕业设计论文撰写
八、参考文献
[1]Rajesh Karki. Using A Geographical Information System (GIS) to
Investigate Long-term Spatial and Temporal Changes along Guyana's
Coastline, the Degree of Master of Arts at the University of Windsor. 2002.
[2]Margaret 'lorio. mangroves and shoreline change on Molokai Hawaii:
Assessing the Role Of Introduced Rhizophora mangle in Sediment
Dynamics and Coastal Change Using Remote Sensing&GIS. The Degree of
Doctor of Philosophy in Earth Sciences. 2003.
[3], Sathyanath, P,&Rajegowda, G L. Digital Image Analysis Techniques to
Estimate Waterspread for Capacity Evaluations of Reservoirs(J].
Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, (9), 1389-1395.
[4]黄海军，樊辉.1976年黄河改道以来三角洲近岸区变化遥感监测(J].
海洋与湖沼，2004,35(4): 306-314.
[5]李富林，庞家珍，姜明星.黄河三角洲海岸线变化及其环境地质效应
[J].海洋地质与第四纪地质，2000 20(4): 17-21.
[6]蔡则健，吴曙亮.江苏海岸线演变趋势遥感分析[[J].国土资源遥
感.2002(3): 19-23.
[7]范典，郭华东，岳焕印等.基于二进小波变换的s}图像湖岸线提取[[J].
遥感学报，2002. 6(6): 512-516.
[8]姜义，李建芬，康慧等.渤海湾西岸近百年来海岸线变迁遥感分析[(J].
国土资源遥感.2003(4): s4-s8.
[9]朱小鸽.珠江口海岸线变化的遥感监测[J].海洋环境科学.2002