Application of Web-GIS and Geovisual Analytics to Monitoring of Seabed Evolution in South Baltic Sea Coastal Areas

Regular surveys of coastal zone seabed deliver important information about geomorphologic processes such as silting of waterways. The recent introduction of the Sentinel series of sensors has allowed for the use of satellite sensing for shallow bathymetry morphology monitoring. In this context, this article presents a dedicated Geographic Information System for Baltic Sea shallow water depth monitoring on the basis of Sentinel-2 imagery. The system employs Geovisual Analytics for differential analysis of bathymetry changes as well as monitoring the visibility of known wrecks in the coastal waters of Southern Baltic Sea. Results are verified with regard to known changes in shallow water bathymetry between 28 June 2015 and 3 March 2017.     

基于多源遥感数据的日本海内波特征研究

日本海特殊的地理位置和复杂的地形使得该海域内波表征极为复杂,遥感是大范围观测内波的有效手段,已被广泛应用于内波的探测研究。本文利用MODIS、GF-1和ENVISAT ASAR遥感影像,开展了日本海内波特征研究。通过提取内波波峰线,生成了日本海内波空间分布图;获取了内波的波峰线长度和传播速度,并基于非线性薛定谔方程反演了内波振幅。研究结果表明,日本海内波分布范围宽广,不仅大陆架沿海区内波分布密集,深海盆地也探测到了大量内波;日本海北部45°N附近海域有少量内波出现,利用高分影像探测到朝鲜陆架浅海区有大量小尺度内波,大和海盆、大和隆起的西南部海域没有发现内波。日本海内波波峰线长达100多千米,深海区的传播速度大于1 m/s;浅海区内波振幅约10 m左右,深海区可达60 m以上。     

基于神经网络模型的湛江湾水体有色溶解有机物的遥感估算

有色溶解有机物(Colored Dissolved Organic Matter, CDOM)是水体中重要的水质参数之一,是水色遥感的重要研究对象,如何构建适合特定区域的近海二类水体CDOM反演模型一直是国内外研究难点。本文利用2017年5月26～29日对南海西北部海域湛江湾20个站位采集的水样和测量的光谱资料,分析归一化遥感反射率与CDOM浓度a_g(400)的相关性,发现最大负相关系数出现在586nm处,选择580、585、590、595nm这四个波段处的归一化遥感反射率与a_g(400)建立了多元线性回归模型、BP(Back-Propagation)神经网络模型和RBF(Radial-Basis Function)神经网络模型,并与其他算法模型进行对比分析。结果发现, BP和RBF神经网络模型的平均相对误差和均方根误差均远小于多元线性回归模型和其他算法模型,神经网络模型的预测值与实测值拟合效果要优于多元线性回归模型。研究表明,神经网络模型更适合于湛江湾有色溶解有机物的遥感估算。     

一种基于GPU和内存映射文件的高分辨率遥感图像快速处理方法

高分辨率遥感图像处理经常面临程序执行时间过长和内存空间不足的问题,虽然并行计算技术可以提高遥感图像的处理速度,但是无法降低算法占用的巨大内存空间。为了解决这一问题,本文提出了一种利用CUDA和内存映射文件的高分辨率遥感图像快速处理方法,并以K-Means算法为例进行了实现。其中,CUDA技术可以有效利用GPU强大的并行计算能力,而内存映射文件技术降低了磁盘I/O速度较慢对算法性能的影响。实验结果表明,本文方法比传统K-Means聚类算法计算速度提高了30倍左右,内存使用量降低了90%以上。     

威海市褚岛北部海域CDOM和COD分布特征遥感分析

根据2017年7月和9月在山东威海褚岛北部海域现场测量的COD_(Mn)(Chemical oxygen demand)值和水体表观光学量,结合COMS(Communication,OceanMeteorological Satellite)上搭载的传感器GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)所提供的有色可溶性有机物(Chromophoric dissolved organic matter,CDOM)产品,利用星地同步观测数据对现有的基于遥感反射比反演CDOM的模式进行验证,确定适合该海域的CDOM浓度遥感反演模式;通过对测试海域化学需氧量与遥感反演的水体CDOM浓度相关性分析,建立利用CDOM反演COD_(Mn)的遥感模式,并将该模式应用于测试海域LANDSAT 8/OLI(Operational Land Imager)遥感图像上,获取该海域COD_(Mn)浓度专题图,基于这些专题图分析了测试海域COD_(Mn)时空分布特征。结果表明:(1)基于GOCI产品的CDOM浓度值随时间和站点动态变化大,离岸越近数值越高,同一地点水体前后相差近1 h的数值变化也较大;(2)基于LANDSAT 8/OLI遥感数据反演的COD_(Mn)浓度时间动态变化大,总体来看褚岛附近水体的COD_(Mn)含量相对较低,褚岛以北海域水体COD_(Mn)含量有所增加,褚岛西侧水体的COD_(Mn)含量较东侧水体COD_(Mn)含量来说整体偏高。     

基于MISR多角度光学遥感影像的海面风速估算实验

太阳耀光是来自粗糙海面的直接太阳反射光,其强度与海面粗糙度密切相关,而海面粗糙度主要受海面风场影响。因此,包含太阳耀光信息的光学遥感影像在海洋动力过程和海面风速探测中具有积极意义。本文利用2016年2月到2017年3月期间成像的25幅Terra卫星MISR(Multi-angle Imaging Spectro Radiometer)传感器的多角度遥感影像,分别提取了太阳的高度角和方位角、正视和后视影像的卫星观测角、方位角等信息,校正获得正视和后视影像的太阳耀光辐射强度,进一步反演海表面粗糙度信息,进而计算海面风速。最后利用ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的模式风速数据与反演获得的风速结果进行对比验证。结果表明,两者的相关系数较高(R=0.745),均方根误差和平均绝对偏差值分别为1.514 m·s^-1和1.319 m·s^-1。初步实验结果表明,利用MISR多角度光学遥感影像估算海表面风速是可行性的。     

基于GIS/RS的海岸带生态环境变化研究综述

近年来,随着沿海地区经济建设的脚步的不断加快,人们逐渐加大了对海岸带环境资源的开发利用。海岸带填海造陆、滩涂围垦等人类活动的增多使得区域生物及非生物物质发生了剧烈的改变,进而对海岸带生态环境产生了重要的影响。基于此,各国学者尝试通过一系列的技术手段与方法模型对海岸带生态环境时空变化进行相关探究。其中,遥感与地理信息系统技术作为生态环境的重要分析工具,在区域生态环境变化的评估与监测中有着较为广泛的应用。在海岸带生态环境变化的探究中,由于研究目的、角度以及方向的不同,相关学者所使用的研究方法及模型也存在着一定的差别。本文结合海岸带生态环境研究现状,将海岸带生态环境变化研究分成海岸带土地利用/覆被变化研究、景观格局变化研究、海岸线变迁变迁研究、植被变化研究、水土环境表征因子变化研究以及基于指标体系的生态环境变化研究6个主要部分,并分别从这6个部分出发,对海岸带生态环境变化研究的技术、方法与模型进行归纳总结,从而提出未来我国海岸带生态环境变化研究中需要解决的问题以及重点研究方向,为今后海岸带生态环境的深入研究打下坚实的基础。     

基于遥感水边线的潮滩面积提取方法研究

潮滩作为动态变化的后备土地资源,对其研究具有重要意义。文章以江苏省如东县为研究区,使用环境资源卫星(HJ1A/1B)影像为数据源,应用面向对象技术创建分类规则,实现批量半自动提取水边线,随后利用DSAS软件处理水边线集获得潮位点集,基于最外边界法实现高(低)潮位点的提取,进而获得潮滩范围,估算的如东县潮滩面积为55 182hm~2。最后利用误差矩阵进行精度验证(Kappa系数为0.945)。结果表明:该方法对于潮滩面积提取具有适用性,无论在空间域还是时间域都具有一定的推广性。     

基于景观格局变化的海岸带生态风险评价——以辽宁省瓦房店市为例

文章利用RS和GIS技术手段对辽宁省瓦房店市1990—2015年的变迁过程进行监测,得出各历史时期的土地利用变化信息。将各类土地利用信息与景观生态学相结合,利用景观格局破碎度、景观分离度、景观优势度作为指标构建景观损失指数,并利用景观组分的面积比重构建海岸带生态风险指数。基于ArcGIS和Fragstats软件平台,通过空间采样和插值方法得到区域生态风险的空间分布,据此重构了瓦房店市1990—2015年的生态风险值变化过程。监测表明,1990—2015年期间,耕地、林地和滩涂呈减少趋势,水域和建设用地逐年增加,其他类型变化幅度不大。虽然耕地所占总面积比例由45.37%减少至37.23%,但一直是瓦房店最主要的景观。25年间瓦房店生态安全总体呈下降态势,1990—2015年6时段的生态风险年平均值分别为0.211 9、0.200 3、0.203 2、0.194 9、0.209 7和0.209 1。在时间维度,1990—2005年和2010—2015年生态安全度下降明显;在空间维度,瓦房店市海岸带的李官镇-三台满族乡和谢屯镇-炮台镇的生态风险度高,西杨乡、东岗镇和驼山乡生态风险由极高降为高或中,生态安全度有所提高。研究表明,人口和社会经济发展是影响瓦房店市景观格局变化的主要因素,该区域未来海岸带要实现可持续开发必须要进行科学的规划。     

1970-2016年青藏高原岗扎日冰川变化与物质平衡遥感监测研究

可可西里处于青藏高原腹地,是青藏高原自然环境的交接与过渡地带。近年来该区域冰川物质平衡可能有从西向东由正转负的趋势,但是其过渡地带岗扎日地区冰川状态未知。本研究利用地形图、SRTM、ASTER和Landsat等资料分析了岗扎日地区冰川面积变化和物质平衡变化,并对可可西里地区冰川变化空间规律进行了探讨,结果表明：①1970-2016年岗扎日冰川总面积年均缩小率为0.08±0.02%。2006年后冰川退缩趋势减缓。②1970-2012年岗扎日冰川平均减薄-8.64±0.30 m,体积减少1.45±0.06 km³,平均物质平衡为-0.21±0.01 m w.e. a^-1。冰川物质平衡趋势由负转正（1970-1999年：-0.34±0.01 m w.e. a^-1;1999-2012：0.16±0.02 w.e. a^-1）。③东南、南、西南朝向作为迎风坡,1970年以来其冰川物质亏损较小,1999-2012年呈现强烈的正平衡。冰川面积变化滞后于物质平衡变化,东朝向和东南朝向冰川面积缩小率最大,主要是因为冰川冰舌较长,末端所处的海拔较低。④气温升高是岗扎日冰川1970-1999年呈现负物质平衡状态的主因,降水增多是1999-2012年正平衡状态的主因。⑤可可西里地区冰川1970s以来面积年均缩小率从西向东不断增大、物质平衡下降,与西风环流和季风环流相关,但局地气候也影响冰川变化和物质平衡。