基于BP人工神经网络的水体遥感测深方法研究

利用Landsat7ETM＋遥感图像反射率和实测水深值之间的相关性,建立了动量BP人工神经网络水深反演模型,并对长江口南港河段水深进行了反演.结果表明：具有较强非线性映射能力的动量BP神经网络模型能较好地反演出长江口南港河段的水深分布情况;由于受长江口水体高含沙量的影响,模型对小于5 m的水深值反演精度较高,而对大于10 m的水深值反演精度较低.     

基于BP人工神经网络的水体遥感测深方法研究

利用Landsat7 ETM 遥感图像反射率和实测水深值之间的相关性,建立了动量BP人工神经网络水深反演模型,并对长江口南港河段水深进行了反演。结果表明:具有较强非线性映射能力的动量BP神经网络模型能较好地反演出长江口南港河段的水深分布情况;由于受长江口水体高含沙量的影响,模型对小于5m的水深值反演精度较高,而对大于10m的水深值反演精度较低。     

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。     

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。     

基于水深分段选择因子的多光谱影像反演水深

岛礁周边海底地形精密测量是海洋测绘的难点问题之一,利用多光谱卫星能精确测定岛礁周边水深地形,是传统岛礁水深测量有效的补充方式之一。本文以蜈支洲岛周围水域为研究区域,提出了基于BP神经网络水深分段选取反演因子的方法,利用WorldView-2数据和多波束实测数据建立多模型,整合预测的各段水深获得海底地形。实验表明,本文方法能充分利用水体的光谱特性,与单一BP神经网络模型结果相比,MRE降低了6.4%,RMSE降低了1.2 m,是一种可行的多光谱水深反演的方法     

基于TM影像的胶州湾水深遥感

以胶州湾20m以内浅水域为研究区域,并按照0～2m、2—5m、5—10m、10～20m的水深对其进行分区,利用Landsat-5 TM数据进行水深遥感。结果表明：各区分别建立线性回归模型反演水深的精度要高于不分区时建立的模型;无论分区与否,多波段组合模型的反演精度最高,且在既不是太深也不很浅的区域反演效果最好;新建立的多时相单波段模型反演水深的精度在水深较浅的区域精度有较大的提高。     

基于Worldview-2多光谱卫星数据的浅水水深遥感反演

随着卫星遥感技术的不断发展,高分辨率卫星影像逐渐应用到水深遥感反演领域。利用Worldview-2高分辨率卫星数据和电子海图数据,基于双波段比值法,反演获得实验区域20m以浅的水深。实验表明,Worldview-2等高分辨率多光谱卫星数据,具有一定反演浅水水深的能力,但在5m以浅的水域反演误差较大;双波段比值法,这种半经验半理论的模型,在水深遥感反演中具有更好的适用性;对比了一次线性、二次多项式、指数、对数等拟合方法,发现对数拟合的方法获取绝对水深,其精度相对其他方法更高。     

多光谱遥感水深反演的数据匹配方法研究

在多光谱遥感水深反演中,数据匹配是建立统计相关模型的基础。采用两种多光谱遥感影像数据,研究了像元找水深点的顺序匹配法和水深点找像元的顺序匹配、二分匹配和像元坐标法等数据匹配方法,并开展相应的实验验证。结果表明,4种匹配方法一定程度上能满足当前多光谱遥感水深反演的数据匹配需要,其中,水深点找像元的像元坐标法耗时最短,匹配效率最高。     

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。     

基于半分析模型的高光谱遥感水深探测方法

海岸带浅水和底质的成分复杂且分布不均,使遥感水深探测面临很大挑战.尝试通过利用Hydrolight 仿真建立的遥感反射率半分析模型来解决这个问题.采用英属维尔京群岛彼得岛的高光谱影像,应用非线性优化的方法提取了水下地形.从反演水深和海图标注水深拟合的趋势线斜率为0.939 2,决定系数为0.825 8.试验结果证明,使...     

春季长江口外上升流的月际变化——以123°E断面为例

上升流是长江口外海域的重要水文现象,为深入了解该海域上升流的活动特征及其月际变化,于2015年春季(4月、5月和6月)对长江口外海域的水文环境进行逐月综合调查,并以123°E断面为例进行分析。结果显示,在春季调查期间,长江口外海域始终存在上升流现象,是由台湾暖流挟带底层高盐海水自南向北不断推进,并在长江口外海域沿海底斜坡涌升而形成。上升流强度在春季逐月增大,表现为:上升流涌升高度逐月变浅,至6月高盐上升流水体的涌升高度已普遍抬升到约15 m以浅水层,最高达到约10 m水深处;其影响范围不断向北扩展。春季,上升流活动区上层海水的温、盐特征逐渐由相对低温、高盐转变为高温、低盐;位于下层的上升流水体的温、盐特征比较稳定,变化幅度较小;上升流活动区的温、盐跃层现象总体呈现出逐月增强的趋势,盐度跃层现象尤为显著,其水平分布呈现出自南向北逐月扩大的变化趋势;跃层深度不断抬升。调查结果的月际变化特征表明,台湾暖流北进强度的逐月增大是导致春季长江口外上升流活动不断增强的主要因素;随着春季低盐长江冲淡水的强度和范围逐月增大,其与下层上升流挟带的高盐涌升水之间的跃层效应逐渐增强,对下层上升流的涌升有抑制作用;春季苏北沿岸流活动对该海域上升流现象的影响不显著。     

一个高分辨率的长江口台风风暴潮数值预报模式及其应用

利用河口海岸海洋模式(ECOM-Si)建立了一个适用于长江口区风暴潮的数值预报模式.该模式采用对岸线有较好拟合能力的自然正交水平坐标系统和能分辨较复杂海底地形的垂直σ坐标系统.模式考虑了长江口径流量对风暴潮的影响,部分地考虑了天文潮和风暴潮非线性相互作用对风暴增水的影响.风暴潮预报的大气强迫场用模型气压场和模型风场.利用所建立的模式对长江口区台风风暴潮进行了8个个例模拟,模拟增水与实测增水的峰值相比较,平均绝对误差不足10cm.利用本研究建立的模式,就气象因子对风暴潮位的敏感性进行了数值试验.试验结果表明,台风中心气压降低(升高)20hPa可导致约100cm的风暴潮位升高(或降低).台风最大风速半径误差对台风增水的变化影响也较显著.试验还表明,长江径流量增加1倍(减半),可以造成风暴潮的平均增加25cm(减小13cm).天文潮位相变化对风暴增水的影响数值试验表明,当台风暴潮与天文潮在不同位相相互作用,可使风暴潮位最大增加达70cm或减小90cm.     

近年来人类活动影响下长江河口的变化模式

To evaluate the controlling factors for coastline change of the Changjiang(Yangtze River) Estuary since 1974,we extracted the mean high tide line from multi-temporal remote sensing images that span from 1974 to 2014 at 2-year intervals.We chose 42 scenes to constrain the changing pattern of the Changjiang Estuary coastline,and implemented GIS technology to analyze the area change of the Changjiang(Yangtze) Subaerial Delta.Runoff,sediment discharge and coastal engineering were withal considered in the analysis of the coastline changes.The coastline has transgressed seaward since 1974,and a part of it presents inter-annual variations.The area of the Changjiang Subaerial Delta increased by 871 km2,with a net accretion rate of 21.8 km2/a.Based on the change of sediment discharge due to the major projects in the Changjiang River Basin,we divided the changing pattern of the coastline into three stages:the slow accretion stage(1974–1986),the moderate accretion stage(1987–2002),and the rapid accretion stage(2003–2014).Liner regression analysis illustrated that there is a significantly positive correlation between the area changes and sediment discharge in the Chongming Eastern Shoal and Jiuduansha.This suggested that sediment load has a fundamental effect on the evolution of the Changjiang Estuary.Construction of Deep Waterway in the North Passage of the Changjiang River(1998–2010) led to a rapid accretion in the Hengsha Eastern Shoal and Jiuduansha by influencing the hydrodynamics in North Passage.Coastal engineering such as reclamation and harbor construction can also change the morphology of the Changjiang Estuary.We defined a contribution rate of area change to assess the impact of reclamation on the evolution of Changjiang Estuary.It turned out that more than 45.3% of area increment of the Changjiang Estuary was attributed to reclamation.     

2004年春季长江河口水体与沉积物表层的叶绿素a浓度分布

2004年5月7日至12日在31°~31.8°N、122.5°E以西到海水上溯至0盐度的长江河口进行14个站位叶绿素a浓度的现场观测,其中N1~N3、M1~M3、S1~S3和R6这10个观测站用3条渔船在4天内进行潮周期的涨憩、落急、落憩、涨急、涨憩5个潮时的准同步周日采样观测;对S2、S3、R2、R3、M3、N2和N3这7个位于长江入海口门站位进行表层泥样的叶绿素a浓度观测。结果表明,观测海区表层海水叶绿素a浓度为0.230~11.500μg/dm3,平均值为(1.514±1.712)μg/dm3,高值出现在观测海区东北部的长江冲淡水稀释区,表层海水叶绿素a浓度平面分布从该区的东北部向西南方向逐渐降低,离岸越近叶绿素a浓度越低,低值出现在长江口门内和测区西南部的广阔浑水区域;底层叶绿素a浓度为0.291~2.620μg/dm3,平均值为(1.186±0.531)μg/dm3,其变化幅度与平均浓度均明显低于表层。在涨憩、落急、落憩、涨急和涨憩5个潮周期中水柱平均叶绿素a浓度为1.198~1.910μg/dm3,涨憩和落急潮时,叶绿素a浓度自表层向底层逐渐下降;落憩和涨急潮时,表层的平均叶绿素a浓度略低于中层和底层。2004年春季观测海区叶绿素a浓度与往年夏季和秋季的观测结果相近,但明显高于冬季。表层沉积物叶绿素a浓度为(0.089±0.052)μg/g(湿重),仅占其上方水体平均叶绿素a浓度的极少部分,两者具有良好的相关性。     

2003年春季长江口海域黑水现象研究

长江口海域处于东海大陆架,水深较浅,受长江、钱塘江入海径流及潮汐搅拌的影响,水体浑浊度高,属于典型的二类水体。在浑浊二类水体由于水体中悬浮颗粒的散射作用,离水辐亮度通常较大洋清洁水体的大。通过分析2003年春季黄海、东海二类水体光学试验数据和同时段SeaWiFS卫星遥感数据,发现在长江口东南海域有一个归一化离水辐亮度极小的黑水区域,它在412~670nm波长的归一化离水辐亮度均小于0.5mW/(cm2·μm·sr)。利用现场实测的水体固有光学特性参数(色素吸收系数、非色素颗粒吸收系数、黄色物质吸收系数、颗粒散射系数、颗粒后向散射系数等)和水色要素浓度数据,分析了长江口海域黑水现象的机制,结果表明,长江口外黑水现象主要是由于水体后向散射系数值极小引起的,而造成颗粒后向散射系数值极小的原因主要有两种,一是颗粒物含量低,二是颗粒后向散射率的值小。黑水区浮游植物色素吸收所占的比例较高,大粒径的有机颗粒(浮游植物)导致黑水区域的颗粒后向散射率的值偏小。长江口海域黑水是在特定的颗粒物低含量及颗粒后向散射率极小的条件下出现的光学现象。     

The black water around the Changjiang (Yangtze) Estuary in the spring of 2003

The Changjiang (Yangtze) Estuary is located in the East China Sea shelf with shallow water. Affected by the tide mixing and the runoff of the Changjiang River and the Qiantang River, the turbidity is very high. Generally, the water-leaving radiance is high in the turbid water because of the large particle scattering. Based on the in-situ data and ocean color remote sensing data of SeaWiFS, it was found that there was a black water region with the normalized water-leaving radiances less than 0.5 mW/(cm2·μm2·...     

Remote sensing of sea surface nutrient in the frontal zone of Changjiang diluted water and the Taiwan Warm Current

Field investigation was carried out during 4 to 15 April 2001 around the Changjiang River Estuary. The similar distribution of sea surface nutrients and suspended sediment (SS) concentration is attributed to the physical mixing of Changjiang diluted water (CDW) with the Taiwan Warm Current (TWC). On the basis of the observed positive relationship between total phosphorus (TP) and SS concentration, the sea surface TP is inversed from satellite SS data. SS is believed to be an ideal eutrophic state assessing index substitution for TP, the eutrophication classification critical value of SS adopted in this research was based on the linear model: cTP=0.000 6cSSsat 0.016 3, r2=0.564 5, n=32. Although lack of in-situ chromophoric dissolved organic matter (CDOM) measurement, a good relationship was observed between the in-situ DIN (dissolved inorganic nitrogen) concentration with near real time SeaWiFS absorption coefficient of CDOM (ACD) data: cDIN=1.406 5AACBsat-0.035 9,r2=0.741 5,n=16. This empirical regression algorithm was also utilized for inversing the DIN concentration from SeaWiFS ACD data, and for establishing the eutrophication classification critical value of satellite ACD data. The established remote eutrophication classification system was later used for seawater eutrophic state assessment. The evaluation suggested that the Zhoushan Fishing Ground especially the western border is affected seriously with the nutrient input. The nutrient is mainly from the terrestrial source transported by the Changjiang River runoff. The seawater quality classification precision was assessed by in-situ data, which suggested the seawater quality distribution is similar to the two classification systems, and the remote classification error is below 25%.     

夏季珠江口海域海水CO2分压的卫星遥感反演

基于控制因子分析的方法,本研究建立了夏季珠江口海域海水CO₂分压(pCO₂)的遥感反演模型。基于珠江水与黑潮水的两端元混合,建立了水平混合和热力学作用的量化模型,并生成了查找表。同时,建立了基于黄色物质(含碎屑)吸收系数的盐度遥感算法,实现珠江口海域表层盐度的遥感反演。利用走航pCO₂和匹配的遥感叶绿素质量浓度产品,建立了生物作用的量化模型。通过集成水平混合和生物作用,最终实现夏季珠江口海域pCO₂的遥感反演。与走航pCO₂比较表明,仅考虑水平混合和热力学作用的遥感结果会显著高估,考虑生物作用后,遥感结果无论在量值和空间变化趋势上均与实测结果相符。此外,遥感反演结果表明,夏季珠江口近岸水域为CO₂的汇区,而离岸的陆架水域则为CO₂的弱源。     

长江口邻近海域近岸水舌向外海的短期扩展过程分析

通过线性回归合成3颗卫星的遥感反射率,得到2006年7月27日—2006年8月8日期间有效数据量较多且时间连续的遥感反射率资料,并据此对长江口邻近海域近岸水舌向外海的扩展过程进行了分析。结果表明:在此期间存在一次明显的扩展过程,水舌的遥感反射率随离岸距离增加而降低,水舌主要沿纬度方向扩展,而在南、北方向摆动范围不大。该扩展过程分为伸展和消退两个阶段, 7月27日—8月2日期间,水舌逐天向东伸展,最远处到达124.4°E附近;在向东伸展途中,水舌宽度逐渐变窄但变化幅度较小;水舌内部遥感反射率的不同等值线均向东伸展,但向东伸展的程度不同,水舌边界的伸展速度变化较大(17.6~33.4 km/d),平均为每天24.5 km。从8月3日起水舌开始消退,至8月8日已完全消失;在消退过程中,水舌的范围缩小,遥感反射率下降,水舌轴线方向基本保持不变。结合相关资料对该过程的生消机理进行初步分析认为,在水舌扩展过程中,潮流的主要作用是阻碍沿岸水沿岸线方向运动,持续而强劲的南风对水舌的产生和伸展起重要作用,而东风则促使水舌消退。