渤海海域MODIS波段衰减深度研究

衰减深度是传感器检测到的水体信息的90%的深度,衰减深度越大,传感器检测到的水体信息越多,提取水体信息的精确度越高,同时从衰减深度还可了解传感器获取的水体信息到底来自水下多深的水层。以MODIS数据为数据源,对渤海海域衰减深度进行计算,分析了某一时间渤海海域衰减深度波谱变化和某一波段渤海海域衰减深度季节变化。衰减深度波谱曲线为单峰曲线,不同区域的衰减深度波谱曲线的相似和差异情况与前人根据渤海海域悬浮泥沙含量和光谱情况进行分区的情况较一致,衰减深度最大值具有红移现象(不同区域衰减深度最大值的情况是:渤海西北海岸外区域和渤海海峡区域在波段531nm,渤海中部区域在波段551nm,现黄河口影响区域、老黄河口影响区域、辽东湾西侧区域、辽东湾东侧区域在波段555nm),衰减深度波谱佐证了渤海海域为二类水体;衰减深度在夏季最大,在秋季次之,在春季和冬季在不同区域大小顺序有所不同。不同区域衰减深度由小到大顺序是现黄河口影响区域和辽东湾东侧区域、辽东湾西侧区域、老黄河口影响区域、渤海西北海岸外区域和渤海中部区域、渤海海峡区域(除去412和645nm),其中现黄河口影响区域与辽东湾东侧区域和渤海中部区域与渤海西北海岸外区域的衰减深度的大小顺序在不同季节和不同波段有差异。     

千里崖海域真光层光衰减

根据1986年6月在黄海中部的千里崖海域的水光学实测资料和实验室光学测量,讨论了真光层内光衰减系数在遥感和初级生产力中的应用,定量估算影响光衰减的主要物质成分对光衰减的贡献;并探讨了真光层深度、光衰减系数和透明度三者之间的统计关系。     

多光谱遥感水深反演及其水下碍航物探测技术

针对采用传统海洋测量手段难以获取危险及争议海区的水深和水下碍航物信息,提出了基于卫星遥感进行水深反演和水下碍航物探测的新思路。探讨了多光谱遥感水深反演的数据预处理方法、遥感水深反演模型的构建及水下碍航物遥感探测方法,并开展了相应的实验验证。实验表明,采用卫星遥感手段可以快速地获取测量船只不易到达海区的水深和水下碍航物信息,研究成果对海洋测绘技术的发展具有一定的指导意义和应用价值。     

基于遥感海浪信息的近岸水深反演模型

基于遥感影像的测深技术具有易获取、成本低和覆盖率大等优势,是目前的研究热点问题之一。为在波浪折射的基础上,进一步综合考虑绕射及非线性的影响,本文提出了一种基于海浪波数和波高信息的近岸水深反演模型。将模型与Berkhoff 椭圆形浅滩理想试验对比,平均误差为0.13%,显著小于现有基于频散关系反演水深的方法。进一步应用模型反演三亚湾近岸地形,通过与海图对比,平均误差为11.58%,且大部分区域的误差小于10%。部分区域误差较大,主要是由于遥感影像获取的波数空间分辨率和精度较低。以上结果表明该模型可以利用遥感海浪信息较准确推算近岸水深。本文对于近岸浅海区的水深反演工作具有一定的参考价值。     

基于机载LiDAR测深水体波形的漫衰减系数提取方法

漫衰减系数是一个重要的海洋光学参数,能够为水体环境变化、水质分析以及水产养殖等方面提供基础性数据.针对目前船载实地测量效率与分辨率低、卫星遥感反演精度与分辨率较低的局限性,本文提出一种基于机载LiDAR测深水体波形的漫衰减系数提取方法.该方法首先通过分层异构模型的机载LiDAR波形分解算法得到水体散射回波,利用激光在水...     

一种改进的地理加权回归模型水深反演方法

利用多光谱卫星遥感影像反演浅海水深是水深测量的一种重要方式。提出一种基于主成分分析的地理加权回归模型(PCA-GWR),采用WorldView-2多光谱卫星遥感影像数据,对经过数学变换后的波段反射率数据先进行主成分分析,将得到第一主成分量进行地理加权回归分析,并与双波段比值模型、多波段线性模型和地理加权回归模型(GWR)的水深反演结果进行比较。结果显示,各个反演模型反演水深值与实测水深值的相关系数r均大于0.75,其中PCA-GWR模型水深反演结果最好,r为0.96、RMSE为1.56 m、MAE为1.06 m。研究表明,PCA-GWR模型可有效去除数据变换后的冗余信息,降低数据空间非平稳性,具有较高的反演精度与可靠性,适用于浅海水深反演。     

水深可见光遥感方法研究进展

水深测量对于水利、航运、近海工程等具有重要作用。在总结国内外水体遥感测深主要方法和研究进展的基础上,对水深遥感反演中各类模型存在的问题进行了讨论。结果表明:理论解译模型模拟了光在水体内的辐射传输过程,水深反演精度较高,但模型计算需要大量的水体光学参数且计算过程烦琐;半理论半经验模型对理论解译模型进行了简化,所需水体光学参数少且具有较好的精度而被广为应用;统计相关模型通过直接建立遥感图像光谱值和实测水深之间的相关关系而获得水深数据,且计算相对简单,但由于实测水深值与遥感图像光谱值的事实相关性无法保证,使采用该类模型反演的水深结果有时并不理想。提高水深遥感反演精度,必须进一步加强遥感器研究,充分考虑水体中的溶解、悬浮物质等信息干扰,科学构建水深模型和大气校正模型。     

基于高光谱遥感的渤海海冰厚度半经验模型

Sea ice thickness is one of the most important input parameters for the prevention and mitigation of sea ice disasters and the prediction of local sea environments and climates. Estimating the sea ice thickness is currently the most important issue in the study of sea ice remote sensing. With the Bohai Sea as the study area, a semiempirical model of the sea ice thickness(SEMSIT) that can be used to estimate the thickness of first-year ice based on existing water depth estimation models and hyperspectral remote sensing data according to an optical radiative transfer process in sea ice is proposed. In the model, the absorption and scattering properties of sea ice in different bands(spectral dimension information) are utilized. An integrated attenuation coefficient at the pixel level is estimated using the height of the reflectance peak at 1 088 nm. In addition, the surface reflectance of sea ice at the pixel level is estimated using the 1 550–1 750 nm band reflectance. The model is used to estimate the sea ice thickness with Hyperion images. The first validation results suggest that the proposed model and parameterization scheme can effectively reduce the estimation error associated with the sea ice thickness that is caused by temporal and spatial heterogeneities in the integrated attenuation coefficient and sea ice surface. A practical semi-empirical model and parameterization scheme that may be feasible for the sea ice thickness estimation using hyperspectral remote sensing data are potentially provided.     

珠江口水深遥感反演研究

建立了珠江口2个试验区遥感测深的多种统计相关模型,并选取相关性最好的模型进行水深反演和结果分析,探讨了不同悬沙浓度情况下遥感测深的可能性和实用性。结果表明,对于悬浮泥沙浓度大的试验区1,实测水深值和遥感各波段DN值的相关性<0.5,实际反演水深的能力较差,加入了泥沙因子的统计相关模型相关性有较大提高,但水深反演精度仍不高,达不到实际应用的精度;而悬浮泥沙浓度较小的试验区2,实测水深值和遥感各波段DN值的相关性基本大于0.7,但加入泥沙因子后水深值和遥感波段的相关系数并没有提高,以B2为反演因子的指数模型反演精度最高,5～10m水深段的反演效果最好,平均相对误差为22.5%、平均绝对误差为1.56m,模型总体平均相对误差为31.9%、总体平均绝对误差为1.92m,反演结果较好地反映了试验区2的水深情况。从所建模型来看,非线性模型的反演效果均好于相应的线性模型,多因子模型好于单因子模型。     

空间分辨率对水深遥感反演的影响分析

遥感水深反演中空间分辨率的影响是一个重要的科学问题。本文使用东岛的QuickBird和WorldView-2多光谱影像及实测水深点进行实验研究,实验使用了原始空间分辨率（2.4/2m）以及4种降空间分辨率（4m,8m,16m和32m）的影像,使用相同的水深控制点开展水深遥感反演,并对水深反演结果使用相同的检查点进行精度验证。实验结果表明,随着空间分辨率由2.4/2m降低至4m,8m和16m,水深遥感反演的精度呈现出逐渐提高的趋势,进一步降低空间分辨率则会导致水深反演精度下降。当影像空间分辨率为16m时,水深反演结果误差最小且与实测水深值相关性最高,此时两景影像的水深反演平均相对误差分别21.2%和13.1%,相对于最大值分别降低了14.7%和2.9%;平均绝对误差分别为2.0m和1.4m,相对于最大值分别降低了1.0m和0.5m。本文研究结果为水深遥感反演研究与应用中遥感数据的选择提供了参考。     

船舶含气泡尾迹的光学特性研究

基于充分挖掘卫星遥感应用于海洋监测能力的需求,通过海上试验测量船舶含气泡尾迹海水的物理、光学特征,研究气泡群对不同水体光学特征的影响,例如离水辐亮度、遥感反射率.这些工作可为通过星载光学传感器遥感获取船舶尾迹信息提供理论依据.试验证明在可见光和近红外波段船舶含气泡尾迹相对于背景海水的离水辐亮度、遥感反射率都不同程度地得到了增强,并且在一类水体中含气泡尾迹的光谱后向散射无论是相对增幅还是绝对增幅都要远大于二类水体中的.     

基于GF5-AHSI遥感数据的横沙浅海水深反演

高光谱遥感水深反演是一种对传统水深测量方法的补充,具有方便、快捷、经济等突出优势。本文研究区位于上海横沙,属于典型滩涂浅水区,研究数据包括GF5-AHSI高光谱遥感数据和同时期的水深数据。通过数据变换和相关分析等方法提取建模参数,利用单波段比值模型、多元线性回归模型、最优标度回归模型和BP神经网络模型实现该区域水深反演,并对4种模型反演结果的准确性进行了验证和比较。研究发现：最优标度回归模型优于其他3种模型,R2达到了0.972,RMSE为0.47 m,适用于横沙浅海水深反演。     

基于分段自适应算法的浅海水深遥感反演融合模型研究

对于水深光学遥感反演研究，虽然已经建立了大量的模型方法，然而对于不同水深段，同一模型的反演精度各异，且采用单一模型进行水深反演得到的整体反演精度未必最佳。为了提高水深光学遥感反演的整体精度，本文提出一种分段自适应水深反演融合模型，模型在误差估计的基础上，结合了对数线性模型、对数转换比值模型、改进的对数转换比值模型与多调节因子模型的优势。利用模型在西沙群岛东岛开展了水深遥感反演实验，从整体反演精度、不同水深段反演精度及逐米水深精度等角度进行分析，结果表明，分段自适应融合模型的整体精度最高，平均绝对误差为1.09 m，平均相对误差达到16.06%；分水深段来看，分段自适应融合模型在多数不同水深段内的反演效果均最好；从逐米精度来看，分段自适应融合模型在大部分逐米水深段的反演能力均优于其他模型。     

GF-1 WFV图像经验模分解的光谱保真性与水深遥感探测

水深是海洋环境的重要参数之一,水深遥感反演是水深测量的一种重要手段。经验模分解（EMD）具有剔除小尺度波浪信息,留下大尺度水下地形信息的特性。本文利用EMD对高分一号卫星宽幅影像进行尺度变换,使用光谱相关系数、光谱角、光谱偏差和光谱相对偏差等评价指标,对剩余层图像进行光谱保真性分析;利用改进的对数转换比值模型对原始影像和剩余层图像进行水深反演,并进行相关性分析与精度评价。研究结果表明:（1）评价指标显示EMD变换后影像具有相当的保真性;空间断面分析表明EMD去除了小尺度的噪声信息,保留了水下地形变化信息。（2）经均匀分布的检查点验证,两区域的原图像反演水深和实测水深的相关性较好,相关系数达0.75以上,且两种波段组合的MAE和MRE均不超过2.42 m和8.5%。（3）对EMD的全部10层进行水深反演,蓝绿波段的MAE和MRE均不高于1.62 m和5.8%;绿红波段的MAE和MRE均不高于1.93 m和6.9%。（4）对于不同的波段组合,蓝绿波段组合在各剩余层的水深反演效果明显优于绿红波段,经EMD后的水深反演效果明显提高。（5）20~30 m水深段的反演精度整体要高于30~40 m,该模型应用于较浅水深段更具优势。     

水深航空多光谱遥感的初步研究

为了探讨在我国目前条件下利用航空多光谱摄影手段遥感水深的可能和方法,在1978年10月至1979年10月的约一年时间里,国家海洋局第二海洋研究所遥感技术研究室先后在我国云南保山地区、吉林长春地区以及东海三大王海湾进行了三次水深航空多光谱摄影的遥感试验研究.本论文试图根据这三次试验的实践,阐述利用航空多光谱摄影遥感水深的原理和方法,估价在我国目前条件下所能达到的限度,讨论今后的研究方向和改进办法.     

Remotely sensing in detecting the water depths and bed load of shallow waters and their changes

Bed load is a type of sand drift and accumulation on the sea-bed. Sand drift is a very important index to survey the erosion or deposition of coastal zone. The change of water depths indicates the change of bed load in shallow waters. The conventional method for measuring water depth uses the shipboard echo sounder, which is accurate for point-measurement, but is a time-consuming and labor-intensive task. For periodic survey of bathymetry as synoptic scale, the remote sensing method may be a viable alternative. Wave spectrum bathymetric (WSB) method takes advantages of remote sensing to obtain the bathymetry of shallow waters safely, economically and quickly. The WSB method is feasible to detect the change of water depths over coastal zones where water depths are less than about 12 m. This remote sensing method is worthy to be well developed and efficiently applied to change detection of water depths and bed load in shallow waters.     

Derivation of Bathymetry from High-resolution Optical Satellite Imagery and USV Sounding Data

Remote sensing bathymetry inversion can quickly obtain water depth data of large areas, but this process relies on a large number of in-situ depth data points. USV-based (Unmanned Surface Vehicle) technique can obtain the bathymetry data of shallow water where ordinary ships are inaccessible, but this technique is inefficient and generally only data along survey line can be collected. The combination of USV and high-resolution remote sensing provides a new solution for water depth surveying and mapping around an island. This paper focuses on the key techniques, using USV sounding data and GeoEye-1 multispectral remote sensing images covering the region of Wuzhizhou island in the experiment. The results show that the MAE (Mean Absolute Error) of USV sounding is 0.25 m, while the MRE (Mean Relative Error) is 1.41%, and the MRE of remote sensing bathymetry aided by USV sounding can be controlled within 20%. Errors are mainly from areas shallower than 5 m, and are also affected by the USV sounding position accuracy. It shows that it is feasible to combine the USV sounding and high-resolution remote sensing bathymetry, and this technique has broad application prospects in the field of bathymetry in large shallow areas.     

基于光学遥感的安达曼海内孤立波传播速度特性研究

安达曼海内孤立波非常活跃且错综复杂,传播速度是内孤立波的重要特征参量,本文采用光学遥感手段建立了内孤立波传播速度的计算方法。收集并处理大量Terra/Aqua-MODIS遥感图像,利用两景图像追踪同一内孤立波与同一激发源产生的内孤立波波群两种方法定量研究安达曼海内孤立波传播速度。研究结果表明:安达曼海内孤立波传播速度在0.5～2.7 m/s之间,内孤立波传播方向主要受海底地形的影响,传播速度大小在传播过程中随水深变浅而呈减小的趋势,在深水区传播速度大小还呈现出季节性差异。     

利用多波段卫星数据进行浅海水深反演方法研究

以遥感反演水深的基本原理为基础,利用我国南海永暑礁景区的TM数据和实测水深资料,通过TM多波段数据辐射校正、图像与海图地理配推、底质类型分区、潮汐改正和实测水深数据与相应的图像辐射值回归分析,建立了浅海水深反演模型,并进行了浅海岛礁水深的实际计算,总标准误差为2．14m。对我国南海30m以浅岛礁水深地形研究有很好的应用价值。     

An impact sound source useful for Arctic remote sensing

The impact on an ice surface of an energetic projectile, such as a rifle bullet, which creates an acoustic impulse in the water whose properties are useful for Arctic remote sensing, is discussed. The source level of these impulses is typically between 220 and 230 dB Re 1 μPa at 1m and most of their energy is within the band 500 Hz to 3 kHz. Possible remote sensing applications are reviewed together with available experimental data. These include the measurement of ice properties and water depth, as well as bottom imaging. It is concluded that the source described has potential for Arctic acoustic remote sensing applications where probability and ease of deployment are important and the required number of measurements is not too large