基于最小二乘配置法和奇异值截断法向下延拓航空重力数据的仿真研究

基于最小二乘配置法建立的航空重力异常与其相应地面重力异常的协方差函数,由于协方差矩阵严重病态,观测误差被放大从而影响向下延拓结果的稳定性和精度;引入基于 GCV 法选择正则化参数的奇异值截断法后,能抑制协方差矩阵的病态性对观测噪声的放大影响。 基于 EGM2008 重力场模型分别计算陆地和海域的航空重力异常作为基础数据,用本文方法向下延拓获取相应的地面重力异常,实验结果验证该方法的有效性。     

基于重叠正射影像的浅水水深测量方法

在立体影像双介质测量水深和多光谱影像反演水深的研究基础上,提出将两者集成的途径。在重叠正射影像的有纹理水域采用折射法获取水深值,将折射法获取的水深值作为多光谱反演模型的参考值,获取反演模型参数,将反演模型应用到无纹理水域,集成折射法和反演法的水深值,从而获取浅水区域的水下地形。以某浅海地区航空影像生成的左右正射影像为实验数据,采用折射法与反演法集成途径获取水深值,并与真值(激光水深点)进行回归分析,回归的决定系数(R~2)和均方根误差(RMSE)分别为0.9 m和0.45 m,验证了该集成途径的有效性和可行性。     

海洋磁力测量中不同小波母函数的阈值消噪方法性能分析

首先介绍了小波阈值消噪的基本原理,认为小波阈值消噪的性能受三方面因素的影响:(1)小波母函数的选择;(2)阈值方法的选择;(3)阈值函数的选择.为了寻找小波母函数、阈值估计和阈值函数的最优组合,文中以实测海洋磁力测量数据为背景,采用小波阈值法进行消噪,把得到的磁异常值作为"真值".仿真了波浪噪声和随机噪声并加入到"真值"磁异常中,作为噪声磁异常.在此基础上采用两种小波族系(Symlets,Daubechies)、四种阈值选取方法和软、硬阈值函数对噪声磁异常进行了基于小波变换的消噪计算,客观分析了不同组合方法的消噪精度和可靠性.实际计算结果表明:对磁异常突变点较多且分布杂乱的测线进行消噪,Sym6、软阈值函数、混合阈值或基于Stein无偏似然估计消噪效果最好;对磁异常突变点少且大部分光滑的测线进行消噪,db7、基于Stein无偏似然估计和软阈值函数的消噪效果最好.     

一种实用海洋浮标数据异常值质控方法

针对海洋浮标的波高观测数据,通过结合格拉布斯准则(Grubbs)、局地异常值检验方法和波高观测误差控制建立了一种实用的数据异常值质控方法并对波高观测异常值进行了质控效果检验。结果表明,该质控方法由于加入了波高观测误差控制,从而避免了将大量正常数据误判为异常数据,异常数据判断的准确率达到了较高水准。另外该方法也可以作为一种实用质控方法推广使用于其他海洋浮标观测要素。     

光谱预处理方法对硝酸盐测量模型影响实验研究及软件设计

基于Savitzky-Golay(SG)卷积平滑、正态变量变换(SNV)、一阶导数法、附加散射校正(MSC)和小波去噪(WDS)等信号处理方法,对水中硝酸盐偏最小二乘(PLS)测量模型的影响进行实验研究,采用评估均方差(RMSEE)、预测标准差(RMSEP)、相关系数(R)、预测值与样本浓度值回归关系显著性F检验对预处理效果进行考察。实验结果表明,经SG卷积平滑预处理的PLS模型预测准确性优于其他处理方法。同时编写了该5种光谱预处理方法软件,实现了光谱数据采集与预处理、谱图绘制和光谱保存等功能。     

莱州湾某区块浅部地层地震反射异常原因探讨

渤海莱州湾某区块采集的三维地震资料出现反射特征杂乱、同相轴连续性差等现象,对该区块浅部地层进行了电火花物探调查,并在地震资料异常区和非异常区分别选取1个位置进行钻孔,同时对海底面以下150 m范围内的土层进行连续的地质取样。通过对物探和地质资料的综合对比分析,判断造成研究区浅层地震资料反射异常与下述几个方面因素有关:(1)研究区处于莱州湾凹陷东部走滑断裂带内,浅部地层受深部断裂系统影响发育许多小断裂;(2)研究地层中富含大量的浅层气;(3)与邻近区块对比,所揭示浅部地层的土质性质十分异常,土层强度和剪切波速等均明显偏大。     

基于HJ-1A高光谱的黄河口碱蓬和柽柳盖度反演模型研究

碱蓬和柽柳是黄河口湿地典型的盐生植物类型,是多种保护珍禽的主要栖息地,具有景观尺度较小、分布广且多混生的特点。应用覆盖黄河口北部潮滩的HJ-1A高光谱遥感影像,基于现场测量的端元光谱和从遥感影像中使用顺序最大角凸锥法(SAMCC)自动提取的端元光谱,应用线性光谱分解法(LSU)、正交子空间投影法(OSP)、匹配滤波法(MF)、最小能量约束法(CEM)和自适应一致估计法(ACE)5种不同光谱解混方法进行混合像元光谱解混,对比两种方法得到的端元光谱分别对碱蓬和柽柳盖度的反演能力,并给出相应的反演模型。结果显示:(1)现场测量端元光谱取得了较好的碱蓬和柽柳盖度反演结果,其中应用LSU方法的光谱解混结果与现场测量盖度的决定系数对于碱蓬和柽柳分别达到了0.88和0.95;(2)两种端元获取方式的光谱解混结果中,LSU和OSP方法均获得了较高的相关性,ACE解混方法的相关性都最低;(3)SAMCC方法提取端元光谱对柽柳的分解结果与现场测量盖度的相关性远高于碱蓬。     

基于地物光谱可分性的CHRIS 高光谱影像波段选择及其分类应用

本文以黄河口湿地为研究区,应用覆盖该区域的CHRIS高光谱遥感影像,提出了一种基于地物光谱可分性的滨海湿地高光谱影像波段选择方法。该方法利用研究区的7种典型地物的110余条现场实测地物光谱曲线,通过分析比对地物两两之间的光谱可分度,确定地物类型之间的光谱可分区间,基于此选取CHRIS高光谱影像的地物分类特征波段,应用三种经典的监督分类方法(支持向量机法SVM、人工神经网络法ANN和光谱角制图法SAM)开展利用全波段的和利用本文方法选择特征波段的分类对比实验。结果表明:(1)基于光谱可分性特征波段的方法较全波段分类精度有所提高,其中ANN分类精度最高,为82.52%,较全波段分类精度提高了约为5.1%;(2)芦苇、水体、黄河水和裸滩4种地物的识别能力高,生产者精度都在80%以上;(3)碱蓬的用户精度提升最为明显,约在7%。     

基于伴随同化方法的Ekman模型垂向涡动黏性系数时间变化研究

为了得到一种有效的计算海水涡动黏性的途径,本文基于伴随同化方法,研究了Ekman模型中垂向涡动黏性系数(verticaleddyviscositycoefficient,VEVC)的时间变化。本文推导了时间变化VEVC的优化关系式,并利用理想实验对三个影响因素进行了探究,包括优化算法、初始猜测、观测深度,其主要结论是:(1)梯度下降法的优化效果优于共轭梯度法和有限记忆BFGS(limited-memoryBroyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno)法;(2)初始猜测值与实际值接近时,收敛速度更快,反演误差更小;(3)反演结果对表层和次表层的流速更为敏感。本文从百慕大试验站锚泊系统(Bermuda Testbed Mooring, BTM)的数据中提取了Ekman流速,并反演了VEVC的时间变化,实际实验结果表明:(1)对于实测数据而言,仍是梯度下降法优化效果最好;(2)将VEVC设置为时间变化型的反演策略,反演效果优于常数型和深度变化型;(3)该地区VEVC在0.01m~2/s左右。该研究为Ekman流的数值模拟提供了一种确定VEVC时间变化的有效方法,对于其他动力机制的研究具有一定的参考价值。     

滨海湿地稀疏采样重构高光谱图像分类精度评价

高光谱遥感影像维数高、数据量大、波段之间的相关性强,分类时易出现"Hughes"现象,因此在分类过程中如何有效减小数据处理过程中的计算量,又保证原始数据重要的地物信息不丢失具有重要的意义。压缩感知理论可通过远低于耐奎斯特的采样率和少量观测数据实现信号的精确重构,具有对硬件读写要求低、图像恢复效果好等优势。通过利用基于小波变换的压缩感知算法对黄河口地区的高光谱影像进行图像重构,然后分别采用SVM算法、最大似然法以及神经网络分类法对重构后的影像进行分类,并对分类结果的精度分别从空域和小波域、不同的测量值等维度进行了分析和比较。结果表明:(1)压缩感知理论重构后的影像保留了原始影像的基本信息,保证了分类精度;(2)SVM算法的分类精度最好,空域和小波域的分类精度基本一致;(3)分类精度随测量值的增加先逐渐提高,然后趋于稳定。     

基于水上法的四种典型估算遥感反射率方法的应用效果评估

本文简要介绍了M99、R06、G01、L10四种典型水上法估算遥感反射率方法的原理,利用现场观测数据,对四种方法的应用效果进行了评估分析。利用高光谱SAS实测的76个站位数据,对比分析了四种方法结果的差异性以及不同太阳天顶角和云况条件的差异分布,结果表明,四种方法估算的遥感反射率总体差异性不大,有80%站位的差异在10%以内,L10方法的结果更接近四种方法的平均值,R06方法的结果与L10大体相当,当太阳天顶角过大时,四种方法估算遥感反射率的差异较大,在阴天条件下,差异性有小幅度增大。利用高光谱SAS和剖面仪MicroPro同步观测的73个站位数据,分析了四种水上法与水中法计算遥感反射率的差异性,以及不同水体和太阳天顶角条件的差异分布,结果显示,四种水上法与水中法计算的遥感反射率结果差异分布趋势大体一致,约75%站位的差异在15%以内,在较好的比对环境下(去掉近岸站位和太阳天顶角较大的站位),四种方法与水中法差异明显减小,其中,R06和L10方法在处理粗糙海面的天空和太阳耀斑修正方面略优。     

Oceanic incoherent Doppler sonar spectral analysis by conventional and finite-parameter modeling methods

The spectral structure of oceanic incoherent Doppler sonar data is analyzed with Fourier and two finite-parameter modeling methods (Spectral Moment Estimation (SME) and AutoRegressive (AR)). Fourier spectral analysis, applied to long-range segments of echo return data, validates a theoretical point scattering model. It is demonstrated that Fourier spectral techniques, applied to data from incoherent sonar systems, cannot be used to probe oceanic spectral and velocity fields on the scales that frequently are important in oceanographic applications. The finite-parameter methods model the spectral structure on closely spaced range intervals. The SME method calculates the first moment of the Doppler spectrum at each range interval and the AR method provides spectral estimates at these same intervals. Trade-offs in estimating scatterer radial velocity using the various algorithms are considered. It is shown that a frequency-integrated AR technique has velocity estimation performance comparable to the SME method. In addition, the AR technique reveals that several regions of data possess asymmetric spectral structure. The implications of this spectral structure for oceanic velocity estimates are discussed.     

Methods and procedures to determine the outer limits of the continental shelf beyond 200 nautical miles

This paper establishes techniques and methods to determine a variety of boundaries associated with 200 nautical miles beyond the continental shelf. The methods, based on topography, slope and second-deriv- ative profile integrated analysis, are now able to identify automatically the foot of the continental slope （FOS）. By analyzing the sedimentary profile, the points of 1% sediment thickness are recognized. Through the intersection, cut, deletion and mergence calculation of the extrapolated data set of fLxed-point series, the method succeeds in generating automatically the extrapolated boundaries, including the FOS＋60 M line, the 350 M line, and the 2500 m＋100 M line. In addition, based on the automatic analysis of the topographic profile, it can be applied to determine rapidly the points of maximum water depth. Taking the northern Okinawa Trough （OT） as an example, these methods are used to calculate and examine the boundaries in- cluded in the Submission by the People＇s Republic of China Concerning the Outer Limits of the Continental Shelf beyond 200 Nautical miles in Part of the East China Sea （ECS）; the boundaries thus derived have a solid scientific and rational basis.     

A case study on the soil classification of the Yellow River Delta based on piezocone penetration test

Piezocone penetration test(CPTu), the preferred in-situ tool for submarine investigation, is significant for soil classification and soil depth profile prediction, which can be used to predict soil types and states. However, the accuracy of these methods needs to be validated for local conditions. To distinguish and evaluate the properties of the shallow surface sediments in Chengdao area of the Yellow River Delta, seabed CPTu tests were carried out at ten stations in this area. Nine soil classi...     

基于数据挖掘的GF-1 遥感影像绿潮自适应阈值分区智能检测方法研究

由于受到云雾的影响,可见光影像能够高效用于绿潮检测的数据源较为有限,特别是云覆盖较为严重的可见光影像,基本无法用于检测绿潮。即使影像数据是在薄云、薄雾、无云覆盖的情况下获取的,由于其光谱反射值存在较大差异,依然很难采用同一阈值进行绿潮检测。基于此,为了提高可见光影像的利用率,实现不同云覆盖情况下,绿潮的高精度自适应阈值的自动检测,本文以GF-1影像为数据源,首先采用K-means聚类和C4.5决策树方法实现影像云覆盖情况的自动识别;其次,选取大量不同云覆盖情况下子图像样本（每个子图像样本中均包含绿潮和海水两类）,分析得出不同云覆盖情况下绿潮和海水的区分阈值y与影像光谱差x=band_nir-band_red之间所具有的线性关系;然后,利用分析得出的线性关系提出一种适用于GF-1影像的绿潮分区自适应阈值自动检测方法。最后,为验证提出方法的有效性,分别采用NDVI方法、EVI方法和本文提出的自适应阈值自动检测方法进行绿潮提取实验。实验结果表明,对于GF-1卫星遥感数据,本文提出的绿潮自适应阈值分区自动检测方法明显优于传统的NDVI和EVI检测方法,不仅提高了绿潮的监测精度,而且实现了绿潮提取的全自动化。     

序统计滤波估计检测海洋测深异常数据

根据海洋水深数据处理的要求，构建了海洋水深数据的序统计滤波模型，并根据水深异常数据的特点，提出了离差法判定水深异常数据，在遵循“舍深取浅”这一基本海洋数据处理原则基础上，设计了海洋水深异常数据检测的序统计滤波方案。实例分析表明，该滤波方案能够有效地检测并剔除零水深、负水深、孤立突跳水深，保留连续（个数多于（含）3个的）异常水深，在序统计滤波异常数据检测的基础上剔除粗差，能大幅提高粗差检测的效率。     

Robust Range-Only Beacon Localization

In this paper, we present a system capable of simultaneously estimating the position of an autonomous underwater vehicle (AUV) and the positions of stationary range-only beacons. Notably, our system does not require beacon positions a priori, and our system performs well even when range measurements are severely degraded by noise and outliers. We present a powerful outlier rejection method that can identify groups of range measurements that are consistent with each other, and a method for initializing beacon positions in an extended Kalman filter (EKF). We have successfully applied our algorithms to real-world data and have demonstrated a simultaneous localization and mapping (SLAM) system whose navigation performance is comparable to that of systems that assume known beacon locations     

Oceanic sound speed profile inversion

A modal (full-wave) method has been developed to predict ocean sound speed profiles from propagated acoustic field data. The method assumes a point source of sound in the ocean and uses as data the values of the transmitted acoustic field at an array. The formalism for depth-dependent sound speeds consists of the standard Hankel integral transform of the depth solution. In the travel length coordinate, the latter is written exactly, using the Green's function, in terms of an integral equation whose kernel includes the sound speed profile correction. A Born approximation to this equation is used. This is just the WKB solution, and permits the use of a nontrivial input (or guess) profile, here chosen as bilinear. The use of asymptotic methods enables us to write the data as an integral transform over the profile correction. The transform can be inverted. An example is presented for full-bandwidth inversion.     

基于中值滤波加权修正的多波束声呐测深数据趋势面滤波方法

针对传统趋势面滤波方法中多项式拟合曲面系数向量的求取和作为阈值的均方根误差的求取都受到异常数据的影响,使该方法在异常测深数据较多的情况下滤波效果不佳的问题,提出了一种中值滤波加权修正的改进方法。在构造趋势面之前,对水深数据进行加权修正,以前后两次修正后数据的拟合优度的变化量作为是否进行下一步水深修正的依据,利用最终修正后的水深数据求取多项式拟合曲面系数向量和均方根误差,大幅降低了异常数据的影响,具有很强的抗差性。经仿真模拟数据和多波束实测数据滤波试验,该方法在异常数据较多的情况下依然良好,能够保持良好的滤波效果,明显优于传统趋势面滤波;同时,该方法能够保持较高的运算效率,适用于海量多波束测深数据的自动滤波。     

关于测深仪声速改正问题的探讨

用累加法对声速剖面仪和CTD声速剖面仪测量声速剖面资料进行了类比计算,得出两者测量声速具有可替换性的结论,并对声速剖面仪测量声速剖面的时间间隔作了探讨。