基于ARIMA与LSTM的海岸带地面沉降预测方法

快速的地面沉降是一种地质灾害,它关系到社会的可持续发展,甚至威胁人类的生命财产安全。InSAR技术可以获取地表长时间、大范围的形变数据,可用于分析潜在的地面沉降问题,为预防地质灾害提供了一种可靠手段。如何基于InSAR数据对地面沉降进行预测,一直是研究人员关注的重点方向和难题。为此,本文在前人对地面沉降预测研究的基础上,提出了一种将差分移动平均自回归(ARIMA)模型与深度学习中的长短期记忆单元(LSTM)模型相结合的地面沉降预测方法,即利用InSAR得到的形变量数据与ARIMA模型预测结果作差,然后利用LSTM对该差值进行训练与预测。以杭州湾2017—2019年InSAR监测数据为例验证了该方法,结果表明,与传统的单一预测算法相比,本文方法的均方根误差至少减小了2.23 mm,平均绝对误差至少减小了0.98 mm,平均预测精度至少提升了15.19%,验证结果证实了本文方法的可行性,为地面沉降预警工作提供了新的思路和方法。     

基于D-P算法和最优路径的海山地理实体边界划定方法

海底地理实体的划定与命名是当前国际海洋权益领域的热点研究问题之一。然而,由于海底地理实体边界的量化界定技术缺乏,导致其界线确定不可避免地存在人为性,为此,本文提出了一种基于D-P算法和最优路径的海底地理实体边界划定方法。将高分辨率水深模型转换为二维水深矩阵,从横向与纵向进行剖面分析,采用极值点简化和D-P算法进行二次简化的方法,通过坡度变化定位和基部高程定位等基本条件综合判断,从而实现了单体海山的山体与其基部的自动划分;在此基础上,采用路径寻优的方法实现了连体型海山的自动分割。该方法在南海海底地理实体划定中进行了验证,取得了良好的应用效果。     

面向海底成图基于DTM边界的等值线充填算法

提出一种基于DTM边界线的等值线矢量彩色充填图算法.算法在处理奇异格网点基础上跟踪并存储DTM边界线,通过边界点阵快速建立非封闭等值线与边界线间的双向联系,基于边界线建立非封闭等值线间的拓扑关系并顺序跟踪封闭多边形,通过多边形最小扩展框和转角法(或射线法)建立多边形间的嵌套关系.该算法已成功应用于海量多波束数据成图系统MBChart,解决了常用多波束后处理成图软件栅格充填与等值线之间的失配问题     

多波束测深边缘波束误差的综合校正

边缘波束误差是影响多波束测深数据精度的主要因素,数据精度影响其可信度和使用范围,也是进行相关研究的基础.多波束勘测系统声呐参数的精确校正、勘测区声场模型的建立以及实时勘测海洋噪声的合理剔除是影响边缘波束数据质量的关键因素,严重时甚至导致勘测数据出现沿测线方向的条带状假地形或地形位置偏移.上述因素对多波束勘测数据的影响是一个综合作用的过程,靠单一的校正或编辑方法很难提高采集数据的精度.以多波束勘测原理和声学理论为指导,以多波束实测数据为研究基础和分析对象,运用GIS面向对象方法,全面分析造成多波束勘测大误差边缘波束的原因,并探寻改善已勘测多波束大误差数据、提高数据精度的综合处理方法,最终以可视化的方式实现人机交互处理.该项研究成果已初步应用于海洋项目总图编绘工作,并取得了预期效果.     

声速剖面精简运算的改进D-P算法及其评估

声速剖面在多波束测深中不可或缺。为解决原始测量的声速剖面数据量大而影响工作效率问题,本文进行了声速剖面的精简与优化研究。提出一种适用声速剖面数据精简运算的改进D-P算法(MOV方法),并通过射线追踪法和误差百分比分析法评估精简前后的声速剖面对测深精度的影响,并利用实测声速剖面数据对该算法进行了验证。结果表明,通过优选算法阈值,声速剖面数据的简化率可达90%以上,可控制水深标准差百分比在0.1%以内,优化后的声速剖面可大幅提升多波束勘测与数据处理工作效率,具有重要的工程实际应用价值。     

一种大陆坡脚点自动识别与综合判断方法

大陆坡脚点是200海里以外大陆架划界的核心界限点。根据《海洋法公约》第七十六条的规定和大陆架界限委员会的相关技术要求,论述了大陆坡脚点的确定方法和技术流程。通过对地形、坡度、二阶导数及D-P剖面的综合分析,提出基于二阶导数极值点和D-P算法的二次简化方法,以及原始剖面和D-P剖面的二次求导方法,通过7大步骤简化原始剖面,并给出数据点坡度、水深和二阶导数,以及曲线凹凸性、连续性和分段性等多重判定方法,实现了大陆坡脚点的自动识别。完成程序算法的底层开发,获得了与国际商用划界软件相一致的结果,并采用多波束实测水深数据对所提出的技术方法进行了有效性验证。     

冲绳海槽海底地形地貌界限特征及影响因素

基于多源数据资料,揭示了冲绳海槽海底地形地貌特征.提出确定大陆坡折点、大陆坡脚点、中轴点和最深点的计算方法.通过对48条横穿大陆坡的剖面的计算,确定了东海大陆坡折点及连线、大陆坡脚点及连线;通过对39条横穿冲绳海槽轴部地形剖面的计算和综合分析确定了冲绳海槽最深点、中轴点及连线.大陆坡折线是陆架与陆坡的分界线,东海大陆坡折线总体位于200 m水深,在海槽北段至中段连续,在海槽南段跳跃.大陆坡脚线是陆坡与海槽底部的分界线,其水深自冲绳海槽北向南逐渐加深,南部大陆坡被海底峡谷强烈切割,导致大陆坡脚点分布复杂.横穿海槽北部、中部和南部的地形剖面分别呈现为W型、复合W型及U型特征,导致中轴点在海槽中部与北部多分布在海山峰及线性海山脊,在南部多分布于雁行洼地中央,由中轴点形成的中轴线是冲绳海槽东西向分界线,也表明海槽是东海大陆架向东延伸的天然分隔.海平面波动、海底峡谷影响了大陆坡折线和大陆坡脚线分布,构造和沉积控制了中轴线的分布.     

马尼拉海沟几何形态特征的构造演化意义

通过对马尼拉海沟海底地形地貌、构造特征及其相关地震等数据资料的分析,结合俯冲带动力学数值模拟成果,尤其是Schellart等的模式,详细讨论了马尼拉海沟几何形态、海沟南北段俯冲角度突变等构造特征。分析认为,南海中代表古扩张脊的黄岩海山链的俯冲挤入对马尼拉俯冲带的几何形态没有造成较大的影响,其几何形态较符合中等长度(2000～3000km)的海沟模型。由海沟后退和板片反转引起的平行于马尼拉海沟方向的地幔流加剧了海沟南北段俯冲角度的突变。     

联合WOA2018温盐模型及实测温盐资料重构全深度声速剖面(四):声速剖面应用

在深远海海域开展多波束水深测量时,受海上苛刻作业条件等多种影响,获取全深度声速剖面往往比较困难。首先联合WOA2018温盐模型和多个站位CTD、XCTD实测温盐剖面资料开展了全深度声速剖面重构,进而使用三组来源不同的全深度声速剖面开展了多波束测深声速改正对比分析。从试验结果看,这几组声速剖面对多波束测深精度的影响基本一致。特别是当假定CTD站位采用XCTD设备并由此推算深度大于1099m的温盐及声速剖面时,多波束测深的声速改正结果也能满足海底地形成果的质量要求。     

台湾浅滩多尺度沙波地貌的地形傅里叶分解

海底沙波在全球广泛分布、成因复杂,但往往多种尺度的沙波叠加在一起形成复杂的沙波地貌体系,导致难以进行量化研究。针对该问题,本文提出一种实用的傅里叶分析方法,设计了巴特沃斯滤波器,将水深数据变换到频率域,进而将复杂沙波地貌分解成不同频率的单一类型沙波。并以台湾浅滩复杂的沙波地貌体系为例进行了分析研究,分解量化出3种空间尺度的沙波:巨型沙波(波长>100 m,波高>5 m)、中型沙波(波长5～100 m,波高0.4～5 m)和沙波纹(波长<5 m,波高<0.4 m)。本文提出的海底沙波地貌量化分析方法,有助于研究不同尺度海底沙波的成因与机理,对沙波区海洋工程的安全评估也具有实用价值。