海洋地理信息系统集成技术分析

为适应已成熟的海洋地理信息系统和海洋遥感应用模块技术及海洋信息业务化运行的需求,迫切需要开发海洋地理信息系统与海洋遥感应用模块集成来实现海洋信息一体化服务。针对当前平台技术水平和应用模块特性,设计了开放性三层集成框架,即数据层采用基于中间插件的二级三库集成机制、功能层采用基于API,DLL,EXE,COM组件的集成模式和应用层上基于Web Services的共享机制。以中国海岸带及近海卫星遥感综合应用系统平台(MaXplorer1.0)与多元生态遥感融合与同化模块和海浪遥感信息提取模块等八大海洋遥感应用模块为实例进行数据层、功能层和应用层的集成。集成结果表明,两者的集成实现了海洋信息资源与技术的整合,为海洋信息的业务化运行提供了技术支撑。     

基于地理本体的空间数据集成方法及其实现

为解决多源空间数据语义集成问题,在已有研究成果基础上,提出了基于地理本体的空间数据集成方法。该方法采用局部本体向标准本体集成的策略,在构建具有公共内涵属性模板的地理本体前提下,通过地理概念语义关系集合运算构建局部本体概念与标准本体概念间的语义映射关系,实现地理本体集成,并以这种语义映射关系及概念与对象类的关联关系为媒介,通过空间数据语义细化和空间对象融合 、分割等过程完成空间数据集成。在此基础上,设计开发了基于地理本体的空间数据集成原型系统,并以某土地利用数据为例进行了实证研究,结果表明:基于地理本体的空间数据集成方法能有效集成具有不同语义的空间数据集。     

基于引力模型的海洋锋信息提取

海洋锋面是海洋水团特性明显不同的两种或几种水体之间的狭窄过渡带。本文旨在对遥感反演海洋温度场数据(SST),引入引力模型进行海洋锋面的检测。鉴于海洋锋受噪声干扰大,锋面强度小的特点,本文提出了基于引力算法的引力模型。其中,引力算法是将温度数据中的每一个像元点都作为一个独立的天体,其质量对应该像元的温度值,根据引力定律计算3×3区域中,邻域像元对中心点像元的引力和。模型首先对原始数据进行去0处理,为消除对原始数据明暗程度的依赖,对3×3区域数据进行归一化,然后利用函数对归一化后的数据进行增强处理,最后,以引力算法进行锋面检测。验证表明,该模型能有效强化不同区域或水体差异性,并能够有效针对海洋锋信息进行提取,受噪声影响小。     

南沙岛礁及周边港口可达性评价模型研究

中国的南沙群岛位于南海南部,岛礁星罗棋布,但受到岛礁自身面积及其他自然条件的限制,自持力和承载能力都较差,需要外界的持续补给才能维持大量人口的活动。南沙岛礁远离大陆,分布于被称为“危险地带”的珊瑚礁丛中,补给受到很大影响。目前,南沙群岛的岛礁部分被菲律宾、越南和马来西亚等国非法侵占,这些被其他国家非法控制的岛屿和沙洲的控制态势对其周边的海域产生一定的控制,并且将对通过的船舶产生较大的影响。针对南沙岛礁补给困难和控制态势复杂的现状,本文从南沙岛礁的自然条件和控制态势入手,提出了一种基于最小累积成本距离和加权Voronoi图的综合可达性指数,通过建立水深与航行成本的分级对应关系,构建了南沙岛礁及周边港口可达性评价模型,计算了南沙23个岛礁和周边国家9个重要港口之间的综合可达性指数,通过分析南沙主要岛礁和周边国家重要港口之间的综合可达性的优劣,可以为中国在南沙建设补给和中转基地选址提供决策参考。可以为中国开发和管理南沙群岛、制定海洋发展战略提供依据。     

珠江口滨海湿地景观格局变化分析

以专题地图和遥感影像为数据源,采集1986、1995和2005年珠江口滨海湿地数据,选取基于景观类型的景观聚集度指数、景观分维数和基于景观面积的景观多样性指数,从景观类型和景观水平研究珠江口滨海湿地景观格局变化。结果表明:(1)在各湿地景观类型中,面积占绝对优势的是浅海水域景观,面积增加最多的是养殖水面,减少最多的是水田。(2)受人为开发因素影响,湿地总面积持续减少,1986―1995年和1995―2005年湿地总面积相继减少20821hm2和55708hm2,分别相当于研究区总面积的5.3﹪和14.2﹪。(3)湿地景观变化具有显著时间异质性,类型分布具有显著的空间异质性。人为开发和分割湿地景观导致各景观类型聚集度指数不同程度降低,而景观分维数增加,景观多样性指数先小幅增加后大幅下降。(4)湿地景观格局的变化导致湿地整体质心坐标经历了先向北移动0.4km,后向东南迁移6.1km。前后两个时期相比,湿地面积减少速度和质心迁移速度在后期明显加快,由此反映出岸线以上陆域湿地正在加速退化。研究珠江口滨海湿地景观格局变化,可为保护和长期规划珠江口滨海湿地提供科学依据。     

海洋地理信息系统研究进展

为了寻求更好发展海洋GIS的方法和途径,回顾了海洋GIS的发展历程,分析了海洋GIS目前研究状况,探讨了目前海洋GIS的研究所遇到的问题。     

天绘一号卫星影像融合及其质量评价

以南京市天绘一号卫星影像为实验数据,运用IHS变换、Brovey变换、Wavelet变换、PCA、Pansharp等遥感影像融合方法对其全色和多光谱影像进行融合,并对5种方法的融合结果进行了定性和定量分析。实验结果表明,IHS变换法和Pansharp法能显著增强融合影像的光谱信息,提高融合影像的空间分辨率。     

InSAR技术在滑坡灾害中的应用研究进展

InSAR技术作为重要的对地观测技术之一,已在城市、矿山、地质灾害等地表形变监测领域得到广泛应用与探索,特别是在滑坡灾害形变监测中具有很强的实用性。为全面、准确及深入认识和梳理InSAR技术在滑坡灾害应用中的前沿科学问题、局限性、面临挑战及未来发展趋势,以期更好地服务于滑坡灾害的防治与监测。以InSAR技术滑坡灾害应用研究为主要脉络,系统阐述其研究进展:(1)以滑坡监测中应用的主要InSAR方法概述为切入点,系统梳理了各类主要方法的适用范围、优缺点及内在联系;(2)基于早期识别探测、不同量级形变监测、活动模式与三维信息获取、形变与诱因耦合4个视角,深入探析InSAR技术在滑坡应用中的最新进展、趋势及目前应用中存在的关键问题与挑战;(3)针对InSAR技术系统的局限性、滑坡灾害的特点,剖析了InSAR滑坡监测中存在的几何畸变、密集植被覆盖、大气干扰、三维形变信息获取、精度评定、滑坡形变的复杂性和非线性等问题,并对相应问题的解决提供了可行性的方案与建议措施;(4)基于InSAR滑坡行业体系构建的视角,结合人工智能(AI)、机器学习、无人机遥感及地学领域地震台网等其他观测技术,从数据处理、与其他新型技术融合对未来InSAR在滑坡应用研究进行总结和展望。     

基于渔船AIS数据的南海北部海洋渔业捕捞强度空间特征挖掘

高精度渔业捕捞强度数据是开展捕捞限额管理的前提与关键,也是海洋渔业资源可持续发展的重要保障。因此,本文以挖掘海洋渔业捕捞强度空间特征为出发点,选用2018年2、4、9和11月典型季节的中国籍6364艘渔船1.8亿条高时空粒度AIS数据。运用专家知识经验、空间统计及数据挖掘分析方法,以广西南岸北部湾渔场、广东沿岸和环海南岛周边海域为研究区域,对渔业捕捞强度空间特征展开了细致的挖掘与分析。结果表明：① 广东、广西两省（以下简称“两广”）沿岸海域渔业高强度捕捞主要呈现“团块”向外扩张汇聚成“条带”或“更大团块”的特征,而环海南岛周边主要呈现“团块状”特征;② 受渔业从业人员、渔业作业船舶数量、海洋渔场及海域环境影响,“两广”沿岸近海海域捕捞强度明显高于环海南岛周边海域; ③ 高强度捕捞区域主要集中于近岸30~50 km范围内,且近海捕捞强度高于远海区域,归因于研究区内中小型作业渔船占比较高,达50.9%;④ 渔业捕捞活动受农历传统春节及休渔期等政策因素的影响,春节期间的渔业捕捞强度是所选数据覆盖时间范围中最低的,并且休渔期后（9月）渔业捕捞强度明显高于休渔期前（4月）;⑤ 研究区海岸附近的大型渔港对近岸海域的高强度捕捞具有一定的辐射带动效应。本研究通过对高时空粒度的AIS数据进行处理、分析及深度挖掘,可为近岸海洋渔业捕捞强度探析提供重要数据支撑,服务于海洋渔业可持续发展。     

地貌分带下基于ICESat-2与GF-1的珊瑚礁水深遥感优化反演方法

研究以中国南海西沙群岛华光礁西部剖面为试验区,采用高分一号（GF-1）遥感影像及“冰、云和陆地高程2号”（ICESat-2）星载激光测高数据,基于珊瑚礁地貌分带建模优选策略构建了试验区25 m以浅水深遥感反演模型,并将模型外推应用至西沙群岛有实地调查水深数据的珊瑚礁剖面研究区。建模结果显示,礁坡和深潟湖地貌采用波段比值二项式回归模型,礁坪、浅潟湖和点礁地貌均采用多波段比值回归模型,可以使得地貌单元内基于GF-1影像的水深遥感反演达到最优效果。模型反演水深数据与实地调查水深数据相关系数为0.95;实地调查水深数据与ICESat-2深水区数据综合验证结果显示,模型均方根误差为1.34 m,平均绝对误差为1.08 m,平均相对误差为17.10%。研究表明,本文提出的基于地貌的主被动遥感水深反演模型显著改进了珊瑚礁区中分辨率遥感水深反演模型的精度,可为大范围珊瑚礁区高精度的水深反演提供方法支持。