完善海洋遥感理论 发展海洋遥感技术——评《星载合成孔径雷达海洋遥感导论》

正合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)作为一种主动式微波侧视成像雷达,具备全天时、全天候、高分辨率、宽刈幅成像的优势,是可见光、红外传感器及其他微波传感器所不具备的。自美国于1978年发射第一颗海洋遥感卫星SEASAT以来,SAR海洋遥感理论、SAR海洋遥感探测技术与应用研究始终是海洋学研究的热点问题之一。20世纪90年代,航天飞机成像雷达以及X波段SAR(SIR-C/X-SAR)运行之后,多波段、多极化、多入射角和多观测模式成为SAR海洋遥感研究的主流发展方向。SAR遥感图像     

星载SAR图像在海底地形探测中的应用

利用遥感手段尤其是SAR图像获取海底地形信息是海洋测绘一个重要的研究领域，本文通过从图像使用的问题入手，对SAR图像探测海底地形的相关技术问题进行了分析，以期对今后此类工作有所参考借鉴。     

星载SAR浅海水下地形和水深测量模拟仿真──水下地形高度、坡度和方向与可测水深分析

根据星载合成孔径雷达(SAR)浅海水下地形和水深成像机理,建立了浅海水下地形和水深雷达后向散射截面仿真模型.利用该模型模拟并分析了不同地形条件下,浅海水下地形的雷达后向散射截面.分析结果表明,水下地形高度越高,SAR可测量的水深越深;水下地形坡度越大,越易被SAR所观测.水下地形的星载SAR测量还与水下地形的方向有关,与卫星飞行方向平行的水下地形最易被SAR观测,与卫星飞行方向垂直的水下地形最不易被SAR观测.     

多波段海洋内波SAR图像特征分析

利用 SIR-C/X-SAR 南海海域多波段数据,分析了海洋内波 SAR 图像特征与雷达波段的关系.对上升型和下降型的海洋内波 SAR 图像,内波图像特征在 X 波段最为明显,C 波段次之,L 波段最弱.利用布拉格共振散射理论分析了内波图像特征在不同波段存在差异的原因.基于 M4S 海面微波成像仿真软件,模拟分析了不同波段的海洋内波 SAR 图像特征,模拟分析结果与数据分析结果吻合较好.     

日照港西部海域海底地形与表层沉积特征

利用单波束测深仪和蚌式取样器进行了日照石臼港扩建码头西侧约50km~2海域1:2 000~1:10 000的水深地形测绘和底质分析工作。调查结果表明,日照港西部海域可分4个水深区,其地形和沉积特征如下:1)航道区,浅水航道区等深线平行于码头岸线,水深11m,经过疏浚已形成向南倾斜的四级阶梯地形,疏浚中心处水深24m。航道区底质以分选中等的砾砂为主;2)港池区,水深6 m,等深线与港池岸线平行,水深向南渐增,海底地形平坦,坡降比3‰。底质以分选较好的粉砂和砂质粉砂为主,近岸有少量分选较差的泥质砂质砾;3)涛雒-付疃河口区,水下三角洲地形明显,5m以浅等深线呈弧形向东南方向凸出,坡降比最大可达14.2‰,底质类型为分选极好的砂和粉砂质砂;4)浅海区,海底地形平坦,平均坡降比1.9‰,6~10m等深线呈NE-SW向平行向外海增大,近南扩码头端向东偏转,底质类型为分选好的砂质粉砂和粉砂,并呈平行于海岸线向深水区呈粗-细-粗的带状分布。底质类型分布与水深条件基本吻合,但深水区出现的底质粗化现象,分析认为可能与南扩码头的挑流作用有关,海底沉积物呈向南运移趋势。     

海底小目标声呐图像一维最大熵分割的改进方法

作为海洋高新技术,水声技术日益成为海洋水下探测的主要手段,而且有时是惟一的手段(比如对浑水或对远距离的情况).海底物体搜索、海底救捞、海底探宝、海底“黑烟囱”探测、海底施工以及海洋军事活动(如探测水雷)等多方面都涉及海底小目标(这里的“目标”泛指物体,包括各种人工制造物和自然形成物)探测.对海底小目标探测是一个困难而有意义的课题.高分辨成像声呐在海底小目标探测方面具有良好的应用前景.将高分辨成像声呐应用于海底小目标探测,图像处理是关键.图像分割是图像处理中的主要问题,也是机器视觉领域低层视觉中的主要问题,同时它又是一个经典难题.     

塘沽海区海底地形的SAR影像仿真与反演研究

利用袁业立、金梅兵(1997)提出的海底地形SAR影像仿真与反演模型，对渤海塘沽海区的一张Radarsat SAR影像进行了仿真和水深反演研究。研究结果表明：仿真影像与真实SAR影像基本吻合，反演水深与实际水深也有较好的一致性；进一步证实了袁业立(1997)SAR成像机理的正确性和在中国近海利用SAR影像进行浅海水深探测的可行性。     

浅海水下地形的星载合成孔径雷达遥感

依据山东蓬莱附近海区１９９２年４月１９日的欧洲遥感卫星一号（ＥＲＳ－１）合成孔径雷达（ＳＡＲ）图像，分析了该海区的水下地形并探讨了水下地形雷达成像机理。分析结果显示，ＳＣＲ图像较好地揭示了该海区四人洲、潮待洲、新井洲等水下地形。研究指出，流经水下地形的潮流对海洋表面波的水动力调制是水下地形ＳＡＲ成像的主要机理。本研究表明星载ＳＡＲ作为浅海水下地形测量的新型手段具有广阔的应用前景。     

基于MODIS图像的内孤立波信息反演——以南海北部深水区为例

卫星遥感技术是探测海洋内孤立波的重要手段,目前提取内孤立波特征参数的工作均使用SAR图像。本文首次探讨了基于MODIS可见光图像的内孤立波信息反演方法,并对位于南海北部水深3 000m左右的内孤立波个例进行了研究,发现其振幅为124m,传播速度为3.14m/s,半波宽度为3 258m。根据潜标现场观测结果对反演得到的内孤立波信息进行了检验,结果表明,此方法具有较高的准确度,为研究南海北部深水区内孤立波提供了一条新的可行路径。     

《海洋测绘》1996年1～4期总目录

远距离实时差分GPS的精度和作用距离澳大利亚皇家海军机载激光测深仪开发现状(3一27)(3一46)综述海洋专题测盆发展海洋测绘高新技术服务国家发展战略万里海疆话领海第八届海洋测绘综合性学术研讨会纪要(1一3)(3一2)(4一2)海洋平均重力异常计算与精度估计全球重力场信息系统(GGFIs)的主要功能(2一11)(4一18)海洋大地测盘海底地形测里T叩ex测高卫星简况苏禄海和棉兰老海海面动力地形起伏异常机制初探测高卫星径向误差的频域及空域特征计算验潮站平均海面的两种方法的比较海面系统及深海潮汐仪(编译)中国近海TOPEX/POSEIDON卫星测高数…     

扬子浅滩东南海域海底潮流沙脊、沙波特征

利用seabat8101多波束系统对扬子浅滩东南海底地形进行了高精度探测。发现海底呈明显近乎平行排列的条带状起伏,脊谷相间,沙脊大部分呈NW-SE向排列,发育在45~50 m水深范围之内,沙脊横剖面不对称,大部分沙脊西南侧坡度大、东北坡缓。沙脊规模略有差异,沙脊宽度约0.6~9.8 km,沙脊之间间距可达8.9~22.4 km,高度约1.8~13.3 m,研究区内最长可达53 km。部分脊槽过渡区域发育成片链状海底沙波,沙波大致呈NE-SW走向,波高约0.3~1 m,波长1 km左右。研究区中西部有海底礁石孤立地突兀于相对平坦的海底之上,暂定名为扬礁,最浅水深35.9 m,位于30°59'7.4'~31°N,124°36'48.7'~124°37'40'E。扬子浅滩东南海域沙脊是介于活动沙脊和衰亡沙脊之间的准活动沙脊。该研究将为我国海洋开发和海洋经济发展、海洋行政管理以及海洋安全保障提供服务。     

用合成孔径雷达图像反演浅海水下地形的一种方法

海流与海底地形的相互作用导致了海表面的粗糙起伏,从而引起对海面观测的雷达散射截面的变化。在浅海海流速度垂直分布廓线为均匀的假定下,由流体连续性方程和驰豫时间近似下流体力学弱相互作用的理论,已证明雷达散射截面的空间变化正比于海流方向上海流速度变化的梯度。研究了合成孔径雷达(SAR)对海面的观测图像在无槽道信息和海流方向预知条件下,提出用散射系数的二维相关函数确定海流方向。在海流速度和方向已知条件下,推导了由雷达散射截面的空间变化迭推反演浅海水下地形的公式,并研究了航天飞机SIR-CSAR在我香港特区海域的二维图像反演浅海水下地形的应用。     

蓬莱附近 海区水下地形的星载合成孔径雷达遥感

本文依据山东蓬莱附近海区１９９２年４月１９日的ＥＲＳ－１ＳＡＲ图像，分析了该海区的水下地形并探讨了水下地形雷达成像机理。分析结果显示，ＳＡＲ图像较好地揭示了该海区四人洲、潮待洲、新井洲等水下地形。研究指出，流经水下地形的潮流对海洋表面波的水动力调制是水下地形ＳＡＲ成像的主要机理。     

南海冷泉分布特征及油气地质意义

在系统收集和分析南海海底冷泉资料基础上,应用浅剖和多波束水体影像技术识别海底冷泉,结合地质条件综合研究南海冷泉分布特征,进而分析探讨其油气地质意义。研究结果表明,南海冷泉分布广泛,神狐、东沙西南部、东沙东北部、琼东南、西沙海槽、南沙南部和越南沿岸等海域均发现冷泉,冷泉分布水深为200~3 000m。海底冷泉与深部油气乃至浅层天然气水合物资源有着密切的成因联系。冷泉及其伴生物(冷泉碳酸盐岩)的探测与识别对海洋油气勘探,尤其是天然气水合物勘查的指示作用明显。浅剖和多波束水体影像技术不仅可以探测和识别冷泉,而且两者结合可实现低成本、高效率的海底地质异常体(冷泉碳酸盐岩、泥底辟及气烟囱等)的声学异常探测,极大地提高了海洋油气勘探及天然气水合物勘查的成功率。     

基于X波段海洋雷达的南海西北部内波参数特征研究

中国南海是内波频发海域,卫星遥感在内波参数特征的统计分析中得到了广泛应用,但是卫星轨道的重复访问时间长,不能连续观测内波参数的变化特征。X波段海洋雷达具有高时间和空间分辨率,可以长期连续观测内波的变化,本文提出了利用X波段海洋雷达图像提取内波参数的方法,并利用连续观测的数据研究了各参数的分布特征。首先,对雷达图像进行预处理,包括平均处理及斜坡校正两步;利用二维快速傅里叶变换确定内波的传播方向,进而根据该方向上的径向廓线确定内波的相速度大小、波长及周期。最后,利用在南海石油平台上观测的X波段雷达图像对内波各参数进行提取和统计分析,结果表明,研究区域内波的传播方向多为西北向及西向传播,相速度多为0.6~0.8 m/s,波长一般为400~600 m,周期大部分不超过1000 s。     

两种测高重力异常反演海底地形方法比较

针对基于测高重力异常反演海底地形理论众多、选取标准无法确定的情况,利用中国南海海域内的测高重力异常和船测水深数据研究比较了重力地质法(GGM)和SmithSandwell (SAS)法两种精度高、计算速度相对较快的海底地形反演理论。其中,GGM方法的密度差异常数Δρ由向下延拓技术确定为2.15 g·cm-3,SAS方法采用移去-恢复技术得到反演波段内重力异常和水深数据。结果表明:测线分布条件一定时,水深多在-1 000 m左右或反演区域岛礁、海山等复杂海底地形较多时选取SAS方法,水深主要在-3 000 m以深的区域或海底地形复杂程度不高时选取GGM方法则能获取更好的效果,其效果最优处与船测水深在检核点处的差值最优平均值能达-0.61 m,标准差可达14.67 m。     

辽东湾觉华岛附近海域海底地形地貌及沉积物分布特征分析

为对辽东湾觉华岛附近海域海底工程地质环境进行系统评估,利用高分辨海底声学探测设备获取调查海区的精密水深地形数据,利用筛析法、激光粒度仪实验法确定沉积物类型及粒度参数特征,最终综合分析得到研究区海底地形地貌及沉积物分布特征。研究发现,目标海域测量水深介于4~22m之间,平均水深15m左右,海底地形平坦,整体表现为平缓的近岸缓坡,地貌以近岸粉砂淤泥质浅滩地貌为主,局部发育微型海底沙波;海底浅地层第一声学反射界面清楚连续,可全区追踪,穿透深度0.5~5m不等,沉积物厚度相对稳定;表层沉积物中值粒径普遍较小,沉积物类型东区以粉砂和砂质粉砂为主,西区以砂质粉砂为主;表层沉积物组分和粒度参数的空间变化规律较为复杂,分析认为其主要受到沉积物物源以及辽东湾内往复流、沿岸流的影响。。     

MPEG4在海底彩色电视监控系统中的应用

研发深海电视监控系统使海洋调查人员能够对海底微地形、地貌和地质特征进行直接的观察,配合其他海底勘查装备可实现探测对象的定点探测和采样,从而大大提高海底地质勘查的能力和效果,提高工作效率。不同的视频编码方式,直接影响图像清晰度、数据存储量及稳定性,文章介绍了MPEG4在海底彩色电视监控系统中应用的成功经验。     

基于相位差测深声呐(PDBS)技术的莱州湾人工鱼礁探测

相位差测深声呐(Phase Differencing Bathymetric Sonar,PDBS),也被称作干涉式声呐(Interferometric Sonar),可以同步采集水深点云数据和双频侧扫声呐图像,完全适用于大范围的近海人工鱼礁探测。本文采用基于PDBS原理的Edge Tech 6205地形地貌一体化测量设备对莱州湾某海域海洋牧场投礁区进行全覆盖探测,获取了高精度水深数据以及双频侧扫声呐图像。对水深数据进行地形特征变量计算,精细刻画了研究区的微地形地貌特征,并结合侧扫声呐图像通过多数据融合实现了对鱼礁边界的精准识别。在此基础上利用地理信息系统中的空间分析方法对人工鱼礁的水下物理参数进行计算和统计,并探讨了研究区地形地貌的成因及其演化模式,最后论证了基于PDBS的近海人工鱼礁探测技术具有高效率、低成本、高精度等诸多优势。研究结果表明,研究区水深介于4.1~7.3 m,鱼礁分布区有较大的海底起伏且在礁体周围存在明显的沉降和冲刷现象;鱼礁总占地面积约占研究区的14.04%,总空方量共计2 528.22 m³,鱼礁高度介于1.26~3.63 m且呈正态分布。本研究为近海人工鱼礁探测提供了数据和技术支撑,具有较强的实践意义。     

利用卫星测高、GRACE和GOCE资料估计全球海洋表面地转流

重力恢复和气候试验GRACE(gravity recovery and climate experiment)卫星极大地提高了地球重力场的精度和分辨率,特别是中长波分量,联合卫星测高数据可获得全球海洋表面大尺度洋流循环。另外,新一代地球重力和海洋环流探测卫星GOCE(gravity field and steady-state ocean circulation explorer)于2009年3月成功发射,采用卫星重力梯度测量原理,对重力场的高频部分非常敏感,使其高分辨率监测全球海洋循环成为可能。本文利用1~7年GRACE观测数据确定的重力场模型和18个月GOCE观测数据确定的地球重力场模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3,联合卫星测高确定的平均海面高模型MSS_CNES_CLS_11,分别估计全球海洋表面地转流,并且与实测浮标数据结果进行比较。分析表明GOCE重力卫星确定的重力场模型具有更高的空间分辨率,能够确定高精度和高空间分辨率的全球海洋地转流,如墨西哥湾暖流的细节和特征,并且与实测浮标结果基本一致。而基于1~4年GRACE观测资料的模型不能很好估计全球地转流特征,基于7年GRACE观测资料的重力场模型ITG-Grace2010s确定的全球地转流的精度仍低于18个月GOCE观测数据确定的地球重力场模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3的结果,估计的全球地转流仍含有较大的噪声,不能很好地反应中小尺度地转流细节特征。并计算ITG_Grace2010s和GOCE_TIM3的稳态海面地形和全球平均地转流的内符合精度,结果显示,在全球范围内,GOCE_TIM3的稳态海面地形和全球平均地转流的精度都比ITG_Grace2010s结果的精度有着很大的改善,其中ITG_Grace2010s的稳态海面地形的精度为21.6cm,而GOCE_TIM3的结果则为7.45cm,ITG_Grace2010s的全球平均地转流的精度为40.7cm/s,而GOCE_TIM3的结果则为19.6cm/s。