空间数据融合模型及方法

根据多源空间数据应用的需求，在分析已有数据融合模型的基础上，引入GIS技术，建立空间数据融合的基本模型，并介绍几大类数据融合方法及其在空间数据融合领域中的应用，最后分析讨论了空间数据融合技术的发展趋势。     

一种新的基于PCA变换多源遥感影像像素级融合方法

在多源遥感影像融合中，基于传统PCA变换的多源遥感影像融合的光谱分辨率受到较大影响。提出了一种新的基于PCA变换的多源遥感影像像素级融合方法，通过在传统PCA变换融合算法基础上引入小波变换融合，保留了多波段遥感图像光谱特性的有用信息，进一步提高融合后遥感影像的效果。给出实验的融合结果，并与传统PCA变换方法进行对比，证明了该方法的有效性。     

2DVAR方法在台湾海峡海表流场融合中的应用

高频地波雷达可以提供沿岸大面积海表流的观测,但单个地波雷达只能提供径向流观测。本研究发展了一套二维变分(Two-Dimensional VARiational Method， 2DVAR)数据融合方法，将台湾海峡海域的地波雷达径向流数据与ROMS (Regional Ocean Model System)模式输出结果进行融合，得到一套较好的融合产品。结果显示，融合产品与雷达径向流的平均相对误差相较于模式输出与雷达径向流的平均相对误差由9.70%降低至1.54%。为进一步检验融合方法，设计了两种独立样本试验。试验一将雷达径向流按空间均匀划分为融合样本与独立样本，使用雷达融合样本与模式输出进行融合，此时融合结果的平均均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)相较于模式输出由0.41 m/s降低至0.19 m/s。试验二将雷达径向流和模式输出在空间上都均匀划分为融合样本与独立样本，对两种数据的融合样本进行融合，使用TC (Triple Collocation)方法估计模式输出、雷达观测与融合结果的误差方差，此时融合结果的平均误差方差最小，且其误差方差相对于独立的雷达径向流与模式输出在远岸处有明显减小。以上结果都表明融合数据更加接近实际海流，证明了2DVAR方法融合海表流的有效性。     

保持局域特征的多源海冰图像融合与分类

本文提出一种保持局域特征的多源海冰图像融合方法，并在此基础上进行海冰分类。本文提出的多源海冰图像融合方法包括保持空间局域融合和保持特征局域融合两方面。首先，通过学习得到投影矩阵和相似矩阵。投影矩阵将多源像素进行投影变换，得到保留像素空间局域特性的融合向量。相似矩阵度量像素特征间的相似性，通过拉普拉斯特征分解，得到保留像素特征局域相似性的融合向量。然后，将空间融合向量和特征融合向量进行像素综合，得到融合图像。在此基础上，本文设计一种滑动集成分类方法进行融合图像像素分类。提出的分类方法利用滑动集成的特点，在分类时增强刻画了海冰局域特性。由于本文的保持局域融合框架不仅刻画了海冰在物理空间中的邻接关系，而且考虑不同海冰类型的特征关系，因此其在多源图像（多光谱和合成孔径雷达（SAR）图像）的海冰分类任务中表现优异。实验结果表明本文提出的基于保持局域特征融合的多源海冰图像分类方法有效提升了海冰分类精度。     

IKONOS影像自适应小波包融合处理技术研究

针对传统的融合技术在IKONOS高分辨率卫星影像处理中的不适应性，提出一种更为精确细致的图像融合方法——自适应小波包分析法，既可以对图像低频部分进行融合处理，还可以对高频部分采取所需的融合处理策略，以综合多源多时相图像中的高频细节信息。该融合算法在信息量、光谱特征和边缘特征等方面具有综合优势。融合后影像不仅很好地保留了原多光谱图像的光谱特征，而且在增加融合结果信息量，改善解译的精度和可靠性以及使用率等方面均收到很好的效果。     

多源数字地图融合技术问题的研究——以数字海图与地形图融合为例

针对目前各种GIS应用系统在空间数据获取中存在大量重复获取，以及由此而造成的人力、财力巨大浪费和数据二义性、难以协同使用等问题，以数字海图和地形图融合为例，提出了解决这一问题的多种空间数据的融合方法。着重对其中的一些关键问题如空间数据模型融合，物体的分类分级融合以及要素几何位置的融合等进行了详细的分析。     

以内陆水体为观测目标的GF-1影像常规融合方法评价

内陆水体的研究需要遥感影像具备高空间分辨率和高光谱分辨率，这使得影像的全色（PAN）波段和多光谱（MS）波段之间的融合尤为重要。本文以钱塘江大缺口段为研究对象，采用四种常规融合方法，包括Pan Sharpening（PS）、主成分分析（PCA）、Gram Schmidt（GS）和小波分析（WF），分别对GF-1影像开展了全色波段和多光谱波段的融合方法评价。研究结果表明，GS融合后的影像效果最好，随后分别是PCA、WF和PS。由于水陆之间反射率信息获取的根本差异，大面积水体的存在会影响到融合影像保留源图像空间和光谱信息的能力。因而，在进行遥感影像融合时，融合方法的选择需要考虑影像中水域面积的分布情况。     

IHS变换与小波变换相结合的ETM+影像融合技术

多分辨率影像融合技术已广泛应用于遥感影像处理方面，针对ETM＋多光谱影像和全色影像融合中存在的光谱失真现象，提出了一种改进的ETM＋影像融合方法。该方法首先对多光谱影像进行IHS变换；然后将全色影像进行小波分解，利用亮度分量替换小波分解后的近似分量，进行小波逆变换得到新的亮度分量；最后进行IHS逆变换得到融合影像。试验结果表明，融合后的影像在保持多光谱信息和提高空间分辨率上均能获得较好的效果。     

基于转换模式的多源数字海图融合研究

数据融合是实现多源数字地图共享利用的途径之一，从制图要素空间位置融合、地理实体分类分级编码融合、数字地图空间数据模型融合等三个方面对基于转换模式的多源数字海图融合理论和方法做出分析与探讨。     

一套具有更高时空分辨率的全球海洋叶绿素浓度遥感融合产品数据集

认识海洋在全球碳循环中的作用及其对环境变化的响应，需要高时空分辨率的观测数据。由于轨道宽度、云雨天气、太阳耀斑等的影响，单一的水色传感器的观测能力十分有限，将多源海洋水色卫星进行融合是提高水色数据时空覆盖的一种有效途径。SeaWiFS和MERIS分别于2010年12月11日和2012年5月9日停止运行，在很大程度上降低了水色融合产品时空覆盖的提升。我们在融合过程中加入了FY-3 MERSI数据，生成了全球海洋叶绿素浓度遥感融合产品数据集。数据源包括SeaWiFS、MERIS、MODIS-Aqua、VIIRS和MERSI。结果表明：加入MERSI后，融合产品的日平均有效空间覆盖提高了9%；采样频率（同一区域一年中获取有效数据的次数）由57天/年提高到109天/年。利用实测数据和国外同类融合产品（ESA GlobColour和NASA MEaSUREs）对新的数据集进行了质量评价。与实测数据相比，加入MERSI的融合产品精度与未加入MERSI的融合产品基本一致；与国外同类融合产品的偏差小于10%。新数据集的时间序列特性与未加入MERSI的融合产品以及单传感器的一致。     

侧扫声纳在海底管道悬空调查中的应用

海底管道在铺设及运营过程中,受各种因素的影响,会形成部分悬空状态。为保证油管的安全运营,研究了一种基于声学的快速检测方法:主要利用侧扫声纳获取油管附近声学影像,通过数据判读的方法分析并获取管线状态。然后使用该方法,在册镇海底管线调查中进行了应用测试。声学检测结论与水下探摸结果进行比较,测试结果表明该方法可高效、快速、准确并低成本地检测管线状态,可为海底管道运营与治理提供有力的技术支持。     

埕北海域海底管线冲刷稳定性研究

根据埕北海域水下三角洲的工程地质条件和水动力条件,分析海底管线在两种铺设方式情况下的冲刷稳定性。第一种为埋置在一定土层深度处的管线：根据整个埕北海域海底长期冲淤变化规律,利用１９９２～１９９６ 年的实测水深资料得出的冲刷速率,推算出管线被冲出泥面所需的时间。第二种为裸露在海底的管线：根据海流对管线周围沉积物产生冲刷效应,冲刷达到一定程度时处于平衡状态,认为此状态下,海流在该点产生的剪切力等于形成可冲蚀海床沉积物的临界牵引力,据此计算出在管线周围冲刷的最大深度     

多点支撑托管架支撑下的海洋管道铺设中的静力分析

本文以实际工程中点支撑托管架支撑下的海洋管道为分析对象,采用Ｂ样条函数分段拟合了从张紧器到海床间整段管道在铺设时的空间曲线,利用样条函数配点法求解管道的平衡微分方程,得到了管道在铺设过程中所必须的数据。本方法适用性好,理论简明,求解快,精度高。     

声学探测技术在海底石油管线铺设后调查中的应用

海底石油管线铺设后可能多会出现不同程度的损伤、变形、冲刷、偏移、悬跨等情况,这通常是铺设过程中管线受到物理、化学、机械等因素的影响造成的。为避免作业风险和海洋环境污染,需要在管线铺设后对其铺设状态进行完工后调查,以便及时了解海底管线的实际情况,并根据调查结果采取相应的维护措施。本文根据管线后调查的工作需求,从声学探测技术的工作原理出发,研究并比较分析了4种声探测技术的优势与局限性,提出在海底管道检测时将各种探测手段配合使用,使各手段“取长补短”,可有效提高探测效率。并利用工程实例验证方法的有效性与可行性;在实例验证过程中,还明确给出了相关数据的处理分析方法,得出将多种声学探测设备得到的数据进行综合分析并相互校核,可有效提高测量数据精度。结果表明应用水声探测设备开展后调查的方法同时满足准确和高效率要求,可有效支撑海底管线铺设后状态评价工作。     

海底管道检测与三维点云重建算法

随着海底油气管道的铺设规模越来越大,为防止管道油气泄漏而导致人员伤亡和财产损失,海底管道的日常巡检尤为重要。提出一种基于多波束点云的海底管道检测与三维重建算法,利用高频多波束声纳对水下管道进行成像,对声纳图像采用经典边缘检测算法检测管道边缘,得到相应的点云数据,将点云数据拼接成一组完整的空间点云集合,对点云集合进行三维重建。通过水池试验结果证明,提出的算法流程能够有效地实现水下管道的检测与三维重建,具有较好的工程应用前景。     

Numerical study on lateral buckling of pipelines with imperfection and sleeper

Lateral buckling is an important issue in unburied high-temperature and high-pressure (HT/HP) subsea pipelines systems. The imperfection–sleeper method is one of the most well-known methods used to control lateral buckling of HT/HP pipelines. Pipelines–sleeper–seabed numerical models are established and verified to analyze the buckling behavior of pipelines using the imperfection–sleeper method. The influence of six main factors on lateral buckling behavior is investigated in details based on the numerical results. Equations of buckling displacement (buckling displacement is defined by the final displacement of the middle point of the pipelines), critical buckling force, and buckling stress (Mises stress) are proposed using the gene expression programming technique. These equations show good accuracy and can be used to assist in the design of sleepers and assess the compressive and stress levels of pipelines.     

Effect of different span heights on the pipeline impact forces induced by deep-sea landslides

With the development of marine energy in full swing, an increasing number of pipelines are being installed in deep-sea areas, which inevitably pass through extremely complex topographic conditions, to form natural sections of suspension over submarine canyons. The seabed is easily eroded and shaped by active deep-sea bottom currents and watercourses, resulting in different span heights for pipelines originally laid on the seabed. In particularly, deep-sea geological hazards frequently occur, and submarine landslides seriously threaten the safe operation of the pipelines. To address these problems, an improved numerical analysis method combined with low-temperature rheological models of landslides and the optimization design method of the geometric model, is developed to simulate the landslides’ impacts on pipelines. Based on these, the effect of the span heights on the pipelines’ impact forces induced by deep-sea landslides is systematically investigated, and three modes of the forces on pipelines under the impact of landslides and related mechanism are proposed. Further, the span height ratio is put forward, and four formulas for evaluating the forces on pipeline are established. Through the analysis of calculation results, the lift force coefficient even increases nearly 20 times considering different span heights. This research provides a theoretical basis for the design and protection of deep-sea pipelines.     

Hydrodynamic Forces and Instability of Submarine Pipelines Under Waves and Currents： A Review

Stability design of submarine pipelines is a very important procedure in submarine pipeline engineering design. The calculation of hydrodynamic forces caused by waves and currents acting on marine pipelines is an essential step in pipeline design for stability. The hydrodynamic forces-induced instabilities of submarine pipelines should be regarded as a wave/ current-pipeline-seabed interaction problem. This paper presents a review on hydrodynamic forces and stability research of submarine pipelines under waves and currents. The representative progress including the improved design method and guideline has been made for the marine pipelines engineering design through experimental investigations, numerical simulations and analytical models. Finally, further studies on this issue are suggested.     

含初始缺陷海底管道侧向屈曲临界力的参数解

未埋设的海底管道在高温高压运行条件下可能发生侧向屈曲,情况严重时影响海底管道的结构安全。侧向屈曲临界力作为判定海底管道发生侧向屈曲的重要依据,主要影响因素有初始缺陷、管土相互作用等。现有关于侧向屈曲临界力的公式并未考虑管土相互作用、缺陷不平直度和管道自身材料特性对侧向屈曲临界力的综合影响。建立含有通用几何初始缺陷海底管道的数值模型,使用Riks算法进行参数分析以研究极限侧向土壤阻力、管道缺陷不平直度和截面几何尺寸对海底管道侧向屈曲的具体影响。基于量纲分析法和多元线性回归,推导出海底管道侧向屈曲临界力关于上述3个影响参数的一般公式,并对该公式进行了检验,结果表明文中推导的公式在参数涵盖的研究范围内有效。     

Experimental and finite element study on lateral global buckling of pipe-in-pipe structure by active control method

Offshore oil and gas exploration are gradually heading toward the deep sea and even the ultra-deep sea. According, the working temperature and pressure intensity of subsea oil and gas pipelines have increased by a considerable degree. This situation is accompanied by the global buckling problem in deep sea pipelines, which has become increasingly common. Meanwhile, ordinary single-layer pipelines cannot last for a long time under harsh deep-sea working conditions. Thus, multilayer pipelines, such as the pipe-in-pipe (PIP) structure and bundled pipelines, have gradually become top choices. However, the global buckling mechanisms of these multilayer pipelines are more complicated than those of single-layer pipelines. The sleeper–snake lay pipeline, which is an active control method for global buckling, was used in this study. The change and development laws of global buckling in a PIP structure at different wavelengths and amplitudes were determined through an experimental study. A dynamic solution method that considers artificial damping was adopted to establish finite element global buckling models of a PIP structure with initial imperfections. The effects of various factors, such as pipeline laying shape, sleeper–pipe function, and seabed–pipe function, on global buckling were analyzed. By the result of finite element method analysis, the initial imperfection, and sleeper–pipeline friction were determined to be the key factors that influenced critical pipeline buckling force. Accordingly, a reference for the design of PIP structures is presented.