深海热液温度场测量重建算法比较

介绍利用声学方法测量深海热液温度场的基本原理。对宽单峰、窄单峰和双峰温度场模型,采用最小二乘法和傅立叶正则化方法分别进行重建仿真,给出重建温度场的绝对误差、相对误差和均方根误差。比较最小二乘法与正则化方法对几种温度场模型的重建结果。仿真结果表明:最小二乘法对宽单峰模型温度场具有较高的重建精度,而正则化方法对高温区相对测量域偏小的窄单峰模型及双峰模型温度场比最小二乘法有更好的还原结果。     

抗差估计在倾斜刃边法MTF检测中的应用分析

传统倾斜刃边法没有充分考虑噪声的影响,在进行刃边直线拟合和ESF(edge spread function)拟合时均采用最小二乘拟合估计,当影像噪声较大时会使得调制传递函数MTF(modulation transfer function)重建结果失真。采用抗差估计代替最小二乘估计,优化了传统倾斜刃边法中刃边直线拟合和ESF拟合过程,并采用模拟仿真的方法对倾斜刃边法的边缘直线拟合精度及MTF重建精度进行了评估与分析。实验结果表明,基于抗差估计的倾斜刃边法可有效抑制噪声影响,边缘直线拟合结果及MTF重建结果均与真实值吻合较好,且稳定性强。     

改进的高度计海况偏差估计参数模型研究

本文基于JASON-2雷达高度计共144个周期的8 640万个数据,按照距离加权平均法对其进行共线处理。采用直接估计的方法得到海况偏差(SSB),以此为真值,利用最小二乘法,对有效波高(SWH)和风速(U)的32种参数模型进行拟合并筛选,获得最优海况偏差估计参数模型。将最优参数模型应用于中国HY-2高度计,并与HY-2采用的传统SSB估计参数模型结果比较。结果表明:改进后的SSB估计参数模型有效,优于传统SSB参数模型。     

霍夫变换在潮位相关分析中的应用

霍夫变换是一种检测直线图像的方法,具有抗粗差和抗干扰能力强的优点。将霍夫变换引入海岸工程领域进行潮位线性相关的分析计算,通过分析不同Δρ与ρ、θ(霍夫参数)的变化关系及其稳定性来合理获取拟合直线,避免了因采用最小二乘法获得不甚合理的线性相关结果。初步应用研究表明,霍夫变换可以用来直线拟合两个相关变量均存在误差且几率相仿的情况,结果与实际情况符合良好。     

HY-2卫星精密轨道拟合与外推的两种方法比较

分别采用切比雪夫曲线和最小二乘曲线拟合HY-2(海洋二号)卫星精密轨道,并进一步解算速度场与预报轨道。结果表明:最小二乘曲线拟合结果明显优于切比雪夫曲线拟合结果,拟合轨道精度为1～2cm,拟合速度场精度为1～2cm/s,且可以进行轨道短期预报,预报轨道精度与拟合轨道精度相当。     

L波段海水介电模型构建与误差分析

基于实验室测量数据,构建了盐度和温度多项式形式的L波段海水介电模型,并采用最小二乘法和奇异值分解技术求解模型系数。将新模型与目前广泛使用的Klein-Swift(KS)模型、Meissner-Wentz(MW)模型以及George Washington University(GWU)模型进行比较。结果表明：新模型计算的海水介电常数与实验室测量数据的RMSE误差为0.09（实部）和0.25（虚部）,均优于KS、MW、GWU模型。     

多光谱遥感影像的两种浅海水深反演模型对比与分析

利用WorldView-2高分辨率卫星影像,以南海北岛附近海域为研究区,研究了两种水深反演模型——对数变换模型(Stumpf 2003)和双波段线性回归模型(Lyzenga 1985)。分析了不同底质情况下水深与各波段的相关性,并利用L-M(Levenberg-Marquardt)算法求解模型参数,然后对两种模型反演的水深结果的精度进行了对比分析。对于珊瑚底质,Lyzenga 1985模型水深反演的决定系数和均方根误差分别为0.902和1.651,均优于Stumpf 2003模型(0.882,6.421);对于砂质底质,Lyzenga 1985模型水深反演的决定系数和均方根误差分别为0.897和0.529,均优于Stumpf 2003模型(0.779,0.723)。可见,在水体清澈的珊瑚底质和砂质底质区域,Lyzenga 1985模型的水深反演精度均优于Stumpf 2003模型,Lyzenga 1985模型普适性更强,能够呈现出较为稳定的反演效果。     

静态精密单点定位中对流层延迟估计

首先介绍了三种对流层误差改正模型,然后把模型改正值作为先验值,将天顶延迟的剩余误差作为待定参数,分别用卡尔曼滤波和最小二乘两种估计方法计算对流层的残余量;实验证明Saastamoinen模型优于后两种模型,并利用实测气象参数计算对流层延迟,结果表明标准模型与实测气象参数对静态精密单点定位中对流层延迟量的计算结果影响不大...     

选权迭代抗差估计的初值选取方法分析

粗差探测是测量数据处理领域的重要研究课题,分别基于最小二乘(LS)、一次范数最小(L1)、最小平方中位数(LMS)和最小截平方和(LTS)方法选取选权迭代法的初值,联合IGGⅢ方案进行抗差估计。通过算例从筛选粗差个数、参数差值的平方和、验后单位权中误差等3个指标,对几种初值选取方法的的抗差能力进行比较分析。结果表明:LMS、LTS方法选取初值的方法效果最好,L1方法抗粗差能力次之,LS方法只能在粗差较少的情况下有效。     

基于ARMA模型船摇预报的船用稳定平台PID控制算法研究

传统船用稳定平台的PID控制器在闭环调节过程中存在固有的时滞,这会导致稳定平台的稳定精度无法进一步提高,针对此问题提出采用ARMA模型对船的姿态进行预测,经过处理后得到下一时刻稳定平台将要产生的误差,并将此误差作为输入施加到PID控制器中,以实现事先调节,最终达到提高稳定平台的稳定精度的目的。在ARMA模型中,采用最小二乘法对模型的参数进行实时估计,并提出使用预测值的均方误差最小的原则确定模型阶数和单次预测所使用样本数。试验结果表明,ARMA模型的预测结果具有较高的准确度,相对于传统PID控制器而言改进后的PID控制器一定程度上提高了船用稳定平台的稳定精度。     

潮汐性质相似性判断的两个指标及其应用

提出采用时差法的相关系数和最小二乘潮位拟合法的推算中误差,作为潮汐性质相似性强弱判断的两个量化指标。根据实测潮汐数据进行了有关计算,结果表明这两个指标可以用于潮汐性质相似性强弱的快速判断,另外推算中误差还可以用于验潮站潮位数据缺测时推算精度的检验,建议在沿岸海道测量水位改正作业中综合使用。     

基于中值滤波加权修正的多波束声呐测深数据趋势面滤波方法

针对传统趋势面滤波方法中多项式拟合曲面系数向量的求取和作为阈值的均方根误差的求取都受到异常数据的影响,使该方法在异常测深数据较多的情况下滤波效果不佳的问题,提出了一种中值滤波加权修正的改进方法。在构造趋势面之前,对水深数据进行加权修正,以前后两次修正后数据的拟合优度的变化量作为是否进行下一步水深修正的依据,利用最终修正后的水深数据求取多项式拟合曲面系数向量和均方根误差,大幅降低了异常数据的影响,具有很强的抗差性。经仿真模拟数据和多波束实测数据滤波试验,该方法在异常数据较多的情况下依然良好,能够保持良好的滤波效果,明显优于传统趋势面滤波;同时,该方法能够保持较高的运算效率,适用于海量多波束测深数据的自动滤波。     

Validation of semi-analytical inversion models for inherent optical properties from ocean color in coastal Yellow Sea and East China Sea

The performances of three semi-analytical retrieval models for water inherent optical properties were validated in the coastal Yellow Sea and East China Sea, including the Quasi-Analytical Algorithm (QAA), the Garver-Siegel-Maritorena model (GSM) and the Over Constrained Linear Matrix (LM). The model-retrieved parameters, namely absorption coefficients of phytoplankton (a _ph), colored dissolved and detrital particulate matter (a _dg), total absorption coefficients (a _t), and backscattering coefficient of particles (b _bp), were compared. The bio-optical datasets collected from a Yellow Sea and East China Sea cruise in April and September 2003 were used in the study. The QAA model performed the best in retrieval for all the coefficients, showing log-transformed root mean square errors of 0.306 for a _ph, 0.268 for a _dg, 0.144 for a _t, and 0.273 for b _bp at 443 nm. The LM model showed a slightly larger deviation than the QAA model with a similar error trend for absorption coefficients, but it returned the largest uncertainties for b _bp, with log-transformed root mean square error up to 0.646. The GSM model, however, yielded the largest and fluctuating errors along with wavelength for absorption coefficient retrievals. Substituting the fitting parameters from measured data for the empirical spectral parameters, all three models returned better results. These improvements demonstrated that semi-analytical algorithms designed for ocean water need regional modifications before applying to coastal areas. The QAA algorithm may be the most suitable model for retrieval for the Yellow Sea and East China Sea, and future model refinements should concentrate on regional modeling of inherent optical properties.     

Using advanced soft computing techniques for regional shoreline geoid model estimation and evaluation

This study aims at evaluating the global geoid model for a regional shoreline fitting using advanced soft computing techniques and global navigation satellite system/leveling measurements. Artificial neural networks, fuzzy logic, and least square support vector machine models are developed and used to fit the global geoid model for the north coastal Egyptian line. In addition, a novel estimation geoid model is designed and evaluated based on the latest global geoid models. The results of the three estimation models show that they can be used to correct the shoreline geoid model, in terms of root mean square error that ranges from 1.7 to 8.5?cm. Moreover, it is found that the least square vector machine model is a competitive approach with certain advantage in solving complex problems represented by missing data.     

光谱预处理方法对硝酸盐测量模型影响实验研究及软件设计

基于Savitzky-Golay(SG)卷积平滑、正态变量变换(SNV)、一阶导数法、附加散射校正(MSC)和小波去噪(WDS)等信号处理方法,对水中硝酸盐偏最小二乘(PLS)测量模型的影响进行实验研究,采用评估均方差(RMSEE)、预测标准差(RMSEP)、相关系数(R)、预测值与样本浓度值回归关系显著性F检验对预处理效果进行考察。实验结果表明,经SG卷积平滑预处理的PLS模型预测准确性优于其他处理方法。同时编写了该5种光谱预处理方法软件,实现了光谱数据采集与预处理、谱图绘制和光谱保存等功能。     

XGBoost算法在多光谱遥感浅海水深反演中的应用

在多光谱遥感浅海水深反演过程中,考虑到水体和底质影响,水深值和海水表面辐射亮度之间的线性关系不成立。本文以甘泉岛南部0～25m范围的沙质区域为研究区域,利用GeoEye-1多光谱遥感影像和多波束实测水深数据构建XGBoost非线性水深反演模型,研究了XGBoost算法用于水深反演的性能。以决定系数(R~2),均方误差(MSE)和平均绝对误差(MAE)作为评价指标,并与3种传统线性回归模型进行了对比分析。结果表明, XGBoost非线性水深反演模型的R~2、MSE和MAE分别为0.991、0.33m和0.44m,拟合程度最好,精度优于线性回归模型。为进一步探究各模型在不同水深的反演精度,将水深范围分成3段(0～8 m, 8～15 m, 15～25 m)分别进行精度验证和误差分析。结果表明, XGBoost模型在各分段的精度均优于线性回归模型, MSE依次为0.56 m, 0.14 m和0.43 m。可见,在单一底质区域下XGBoost模型的水深反演精度更高,且反演效果更稳定。     

基于两种机器学习方法分析东海北部海域三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)时空分布

为了解东海北部海域三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)资源时空分布规律,探索更适合三疣梭子蟹资源量预测的模型方法,根据2006—2007年共四个季度在东海北部海域的底拖网调查数据,运用梯度提升回归树(gradientboostingregressiontree,GBRT)和支持向量机(supportvector machine,SVM)这两种机器学习方法,分析了三疣梭子蟹时空分布与环境因子之间的关系,同时使用方差解释率(VE)、相对均方根误差(RMSE)以及决定系数R2等指标对不同模型的拟合效果、预测性能以及稳定性等进行了比较,选择其中最佳模型对东海北部海域三疣梭子蟹资源分布进行预测。结果显示, GBRT模型的拟合效果相对优于SVM模型,两种模型的拟合结果均显示底层海水盐度(SBS)为影响三疣梭子蟹资源分布最为显著的环境因子。GBRT模型的预测性能较高且模型较为稳定,其预测结果显示夏季的资源量高于其他三个季节,且各季节所研究海域的东南部均存在一个资源分布的低值区。研究结果预期可为三疣梭子蟹资源分布及资源量预测新方法的探索和分析提供技术指导。     

平均海面传递方法的比较与选择

给出了常用平均海面传递方法的假设条件.以中国沿岸典型验潮站为例,统计不同同步时长下各传递方法的精度.统计分析表明,同步时长在7d内时应慎用回归分析法;最小二乘拟合法的假设条件缺乏相关的理论支持,只适用于潮差变化较小的区域;同步改正法在同步7d时基本能保证极值误差在10cm内,而同步15d与同步30d的精度相当,能达到厘米级.基于分析结果给出了传递方法的选择建议,为提高中短期验潮站的平均海面确定精度提供了依据.     

时差法水位改正的精度评估方法研究

为实现对时差法水位改正结果的精度评估,根据协方差传播律,推导了时差法水位改正的误差方程,讨论了评估潮时差确定精度的方法,并通过数据试验对结果进行了验证。试验结果表明,最小二乘拟合法比相关系数法更能满足时差法水位改正精度评估对潮时差的要求;根据《海道测量规范》要求,试验海域潮时差中误差的限差为6.2min,验潮站网潮时差闭合差中误差的限差为1.0min;水位改正方差反映出了水位改正结果的合理性,可用以评估水位改正精度。