南沙群岛遥感复合信息的珊瑚礁顶趋势面分析

基于南沙海域区域地质构造的控制与珊瑚岛礁发育及其所表观的遥感信息特征,借助数学模型和电子计算机,以遥感复合信息所建立的趋势面分析系统,模拟了南沙珊瑚岛礁顶部地理数据的空间分布及其区域性变化趋势,从而对南沙珊瑚岛礁的空间分布特征作出科学的解释与区域比较.     

The research on the remote sensing''s information tree model of the Nansha coral islets and reef''s spatial structure

Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇ＇ｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｒｅｅｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅＮａｎｓｈａｃｏｒａｌｉｓｌｅｔｓａｎｄｒｅｅｆ＇ｓｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ￥ＬｉｕＢａｏｙｉｎ；ＷａｎｇＹａｎｆｅｎｇａｎｄＨａ...     

The remote sensing composite information entropyand types of Nansha coral reef atolls

INTRODUCTIONTherearemorethan60atollsintheNanshaIslandsofChina.AInongtheemergedatollsofthem,thelargestreeftopareaisabout620kmZ,thesmallestisaboutIkmZ.TheresearchontheirgrowthisimPOrtantfromthescientificandrealisticperspectives.Duringthegeologicalhistory,undertheconditionthatthesealevelisrelativelysteady,theatoll'sformationisatypeofmarinetranSgression.Onthebasisoftheatollreef-ring'sopen-degree,theemergedatollsareclassifiedintofourtypes:opentype,half-opentype,quasi-closedtypeandclosedtyp…     

基于Landsat 8卫星数据的南沙礁群分布研究

南沙岛礁的发育受空间位置、暴露面积及地质结构等因素的影响,礁体的演变伴随空间形态的变化。本文利用遥感和地理信息系统(GIS)相结合的方法绘制南沙岛礁核密度现状图,并采用Kernel Density进一步分析南沙礁群空间核密度分布。研究表明:南沙岛礁空间形态复杂,有明显区域格局性,面积差异较大的岛礁核密度聚集位置不相同,分布特征相对密集。岛礁数量在纬度方向有明显浮动,在经度方向上趋于稳定。随礁体面积的增大,礁体平均形状指数逐渐增大,平均紧凑度逐渐减小,形状指数LSI介于0.90～2.87之间、紧凑度RC介于0.31～0.97之间。研究结果有助于更好地了解南沙岛礁密度情况,为海洋管理人员提供参考信息。     

南沙永暑礁表层珊瑚年代结构及其环境记录

南沙群岛永暑礁7个表层礁坪原生块状珊瑚的高精度TIMS U-Th和12个常规^14C测年结果表明,永暑礁表层礁坪形成于现代,与钻探研究结果吻合。全新世永暑礁系从约7300aBP开始,以现代礁坪面以下17m左右的晚更新世礁灰岩为基底连续发育至今,因此,与南海周边地区的珊瑚礁不同,南沙群岛珊瑚礁的表层块状珊瑚不能够提供全新世高海平面的证据。由于现代珊瑚礁的堆积速率大于地壳沉降速率,可能会形成更多的灰沙洲或灰沙岛。     

The remote sensing composite information of Nansha reef''s closed atoll and the model of its spatial structure evolution——Ⅰ

Based on the feature of the growth and the local limitation of the Nansha reef's closed atoll, also the relatedremote sensing information of it, the composite analysis is made. The closed atoll conception remote sensing system is constructed through the formation mechanism, development law and the space-time distribution of the closed atoll. Solution of the equation consisting of information function value and isostatic value of closed atoll and half-closed atoll using this system, and topologic analysis on the two kinds of atoll's morphologic growth are the basic foundation for the research of their evolutionary comparative model.     

基于QuickBird影像上珊瑚礁发育状况监测实验研究

珊瑚礁生态系统具有很高的生物多样性和重要的生态功能。20世纪80年代以后全球范围内珊瑚礁的大面积退化引起了人们广泛的关注。利用高分辨多光谱QuickBird影像,基于珊瑚礁几何参数与发育指数对南沙典型岛礁发育进行遥感监测,在珊瑚礁体迎风面水域由破波形成的纹理特征表明了海面粗糙度与水下礁坪的发育特性。结果表明,南沙岛礁受地质与气候的影响发育程度不一,半月礁发育较好,发育指数为0.38,仙娥礁发育指数为0.27。建立几何参数等指标能够监测南沙珊瑚礁的发育状况,可对珊瑚礁的保护提供科学依据。     

Remote sensing expert system of South China Sea coral reefs

Ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｓｅａ　ｃｏｒａｌ　ｒｅｅｆｓＷａｎｇＹａｎｆｅｎｇａｎｄＬｉｕＢａｏｙｉｎＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ...     

南沙群岛封闭环礁空间结构演化的遥感复合信息与模型Ⅰ

就南沙群岛封闭环礁发育生长及其区域局限性的特征,与其所表观的遥感信息进行了复合分析.随后,以封闭环礁形成的机制、发育规律与时-空分布,建立了封闭环礁概念化一遥感系统,并以该系统对封闭与准封闭环礁的信息函数值、均衡度值求解,对两类环礁发育形态进行拓扑分析,由此为封闭与准封闭环礁演化的可比性模型提供基础依据.     

Remote sensing composite information of Nansha reef''s closed atoll and model of its spatial structur evolution——Ⅱ

Based on the Nansha Islands' closed atoll conception-remote sensing system in Part Ⅰ,through the solution of the information function value and isostatic value of closed and quasi-closed atoll, and by using topological analysis on growth form and the composite remote sensing quantization date as the calculating coefficients, the feature vector system and its mathematical model of two kinds of atoll are built, and the multivariate analysis is made with some examples.     

南沙群岛封闭环礁空间结构演化的遥感复合信息与模型Ⅱ

基干本文上篇对南沙群岛所建立的封闭环礁概念化遥感系统,通过对封闭与准封闭环礁的信息函数值、均衡度求解与发育形态的拓扑分析,将遥感复合信息量化数据为运算参数,构建了两类环礁的特征量体系及其数学模型,并举例进行多元分析.     

南沙珊瑚环礁的遥感复合信息熵与类型

基于南沙群岛珊瑚环礁发育指数为多指标的观点,将测度出的多项相关因子的遥感复合信息数据,细分作N₁,N₂,…,N₁₀个地理事件,进行了环礁信息熵分析。表征了烟值大小与干出环礁发育指数密切相关的因子,它们依次为礁顶面积(0.319)、渴湖面积(0.324)、环礁开放度(0.336)、走向(0.551)等。就此,对干出环礁发育指数提出一个新的表达式,用以划分南沙环礁发育的开放性类型。     

基于深度学习的西沙永乐群岛珊瑚礁遥感信息提取

珊瑚礁是海洋生态系统的重要组成部分,对保护海洋生物多样性以及维持海洋生态平衡具有重大意义。我国南海珊瑚岛礁自然资源丰富,准确、高效地提取珊瑚岛礁信息对南海岛礁监测、管理、规划与保护具有现实意义。本研究基于我国海洋一号C卫星（HY 1C）遥感数据,对西沙永乐群岛珊瑚礁信息进行了研究与分析,提出基于HY 1C遥感数据的珊瑚礁地貌分类体系。采用全卷积神经网络U Net模型,依次通过下采样、上采样操作提取西沙永乐环礁地貌特征,实现原始影像的像素级语义分割。结果表明：基于HY 1C数据建立的地貌分类体系对活珊瑚覆盖及珊瑚生长发育条件具有指示作用,提出的基于U Net模型的珊瑚岛礁地貌信息自动提取方法,能够为我国南海珊瑚岛礁生态系统的全自动、大范围监测和评价提供相应理论基础,在珊瑚礁生态管理与评价中发挥关键作用。精度验证结果表明：U Net模型可以有效提取珊瑚礁地貌信息,采用的地貌信息提取方法具备时空泛化能力,泛化精度高于80%。     

融合地理空间认知的珊瑚礁地貌单元高分遥感分类方法

近年来,在人为活动和自然因素的影响下,全球珊瑚礁面临着大规模退化问题,开展珊瑚礁监测研究对珊瑚礁生态系统评估、修复和保护工作具有重要作用。本文以西沙群岛北礁和华光礁为研究区,应用2015年高分二号（GF-2）和WorldView-2高空间分辨率卫星影像和现场调查数据,基于不同珊瑚礁地貌单元的空间位置特征,提出了融合地理空间认知（Geo-Spatial Cognition,GSC）的珊瑚礁地貌单元高分遥感分类方法。研究结果表明：针对因空间位置不同和底质组成高度近似导致珊瑚礁地貌单元漏分和错分的问题,本文提出的方法更能有效获取精准的珊瑚礁地貌单元信息。其中,融合地理空间认知的随机森林（Integrating Geo-Spatial Cognition-Random Forest,GSC-RF）方法展现出了最优的分类表现,在北礁和华光礁珊瑚礁地貌单元分类中总体精度分别为98.06%和91.93%,Kappa系数分别为0.98和0.91。相比于仅使用光谱信息的随机森林（Random Forest,RF）、多元逻辑回归（Multinomial Logistic Regression,MLR）和支...     

南海珊瑚岛礁地貌遥感识别研究

南海珊瑚岛礁总体处于退化状态,卫星遥感可以实现珊瑚礁区底质演变的监测.本文以西沙群岛海域赵述岛为研究区域,以Landsat-8卫星遥感影像为研究数据,对浅海地貌变化进行遥感分析.将影像进行水深校正和波段组合,使用最大似然法进行珊瑚礁地貌分类,可以清晰的识别灰沙岛、礁坪、礁前坡、泻湖坡、暗滩和海面六种地貌类型,以Worl...     

基于底质类型变化监测的2005—2018年西沙永乐群岛珊瑚礁白化分析

在海洋环境变化和人类活动的双重影响下,我国珊瑚礁白化现象日趋严重,珊瑚礁健康状况、珊瑚种群数量和丰富度呈逐年下降的趋势。本文基于2005-2007年QuickBird卫星影像、2011-2012年QuickBird/WorldView-2卫星影像和2016-2018年GF-1/2卫星影像等3期高分辨率遥感数据,以西沙永乐群岛羚羊礁、中建岛等14个岛礁为研究区（以下统称永乐群岛）,利用支持向量机（support vector machine,SVM）分类方法结合人机交互信息提取方法完成了3期永乐群岛的珊瑚礁底质类型分类,并通过珊瑚礁底质类型变化分析了永乐群岛珊瑚礁白化特征。主要结论包括：（1）提出了一种珊瑚礁白化程度分级的方法,将永乐群岛白化状况分为轻度、中度、重度和严重白化4个等级,通过分析发现在监测时段内14个岛礁中有13个发生了不同程度的白化,其中10个发生了重度白化（白化率20%以上）,1个严重白化（羚羊礁,白化率为33.36%）;（2）根据监测数据统计,上述珊瑚岛礁的白化主要是由珊瑚丛生区白化引起的,2005-2018年永乐群岛珊瑚丛生区白化面积占总的发生白化区域面积的70.55%;（3）14个岛礁中只有甘泉岛的活珊瑚覆盖在逐渐增加,活珊瑚覆盖面积由2006年5月10日的87.13 hm²增加到2018年3月7日的107.80 hm²。     

基于高分辨率遥感的珊瑚礁地貌单元体系构建和分类方法—以8波段Worldview-2影像为例

珊瑚礁生态系统是全球初级生产力最高的生态系统之一, 在维持海洋生物多样性、防浪固滩、资源供给等方面发挥着巨大作用。珊瑚礁遥感地貌分类体系是珊瑚礁保护、管理及可持续发展的必要基础, 但目前还未有结合珊瑚覆盖度进行分类的体系。本文基于WorldView-2高分辨率遥感影像, 以中国南海西沙群岛七连屿北部赵述岛和西沙洲所在礁盘作为研究区, 结合珊瑚覆盖度、区域地貌成分和水动力条件等指标, 建立了既适用于遥感监测又与珊瑚生存状况相关联的珊瑚礁地貌单元分类体系。同时, 利用面向对象的支持向量机(Support Vector Machine, SVM)和随机森林(Random Forest, RF)分类方法进行珊瑚礁地貌单元的信息提取, 并对分类结果进行精度评价。结果表明, SVM和RF两种分类方法均能较好地提取出珊瑚礁地貌单元, 分类精度分别为87.59%和79.81%。针对分类过程中出现的错分、漏分问题, 结合珊瑚礁成因和分布规律对分类结果进行修正, 修正后分类提取的精度达到91.3%, Kappa系数为0.9041, 表明本文构建的珊瑚礁地貌单元分类体系在一定程度上能满足当前珊瑚岛礁信息提取的需要。     

南沙群岛珊瑚礁地貌图像信息管理系统

运用面向对象的软件开发技术,结合珊瑚礁地貌学、计算机图像学和计算机信息管理技术,在Windows平台上研制开发出南沙群岛珊瑚礁地貌图像信息管理系统。该系统集文件管理、数据库管理和图形、图像管理于一体,具有信息检索输出、信息编辑和信息维护等功能,以图形用户介面交互,达到"所见即所得"的效果。     

南沙群岛珊瑚礁砾洲地貌特征

通过对南沙群岛永暑礁、西门礁和安达礁3个砾洲的现场调查,基于理论最低潮面和平均海面分别计算了砾洲的可能分布范围和平均出露范围,获得了砾洲的地形地貌特征。3个砾洲均为向西北凸出的弧形,呈北东-南西向展布。永暑礁和西门礁砾洲周边地势较高,中部相对低洼,分布有多条砾脊,边缘向海侧主砾脊高度最大,内部多条较低的次砾脊相交于主砾脊并汇聚于砾洲东部;安达礁砾洲则中部凸起地势较高,周边较低,无多重砾脊分布。推断砾洲的发育由最初珊瑚枝块堆积于中部形成凸起,逐渐向北东和南西两侧以砾脊形式扩展,最终形成砾洲由内向外的洼地-砾脊-砾滩的地貌分带模式。砾洲的地形地貌特征表明,南沙群岛砾洲的发育主要受北东-南西向水动力条件季节性交替的控制,反映了南海海区盛行季风的影响。南沙群岛珊瑚礁砾洲的地貌特征为深入研究南海珊瑚礁灰沙岛地貌发育演化及动力机制提供了基础数据。     

南沙群岛海域理化参数垂向分布特征及跃层生态系的提法

自1985～1999年中国科学院南沙综合科学考察队在南沙群岛进行了12个航次的综合科学考察.根据调查的结果,通过分析南沙群岛海域理化参数垂向分布特征,得出次表层海水理化参数具有极值现象、跃变现象和波动现象的特点,讨论了这些独特特征反映的独特生境,提出了南沙群岛海域垂直方向上存在跃层生态系的观点.