崔廷伟[1]2003年在《赤潮光谱数据获取与特征规律分析研究》文中研究表明我国拥有1.8万公里的漫长海岸线，海洋资源丰富。随着沿海城市工业化的发展，海洋生态环境受到严重破坏；赤潮灾害频发，已经成为我国的一大海洋灾害和叁大近海污染问题之一。 赤潮是海水中的浮游生物在一定条件下过度繁殖或聚集致使海水变色的一种生态异常现象，因其具有随机性、突发性、持续时间短、影响范围大等特点，客观上要求利用航空高光谱遥感技术对其进行监测；但首要的前提与基础性工作是大量获取赤潮水体的现场光谱数据，通过处理与分析，掌握其光谱特性，不断充实赤潮优势种类的光谱数据库。本文的工作正是在此背景下层开的。 论文由五部分组成。 论文首先在第一章中对于海洋光谱数据获取、处理与分析等方面的国内外研究进展与动态进行了综述与分析，为相应研究工作的开展奠定了较完整的方法基础，具体包括：(ⅰ)海洋光谱数据获取方法；(ⅱ)海洋光谱数据处理方法；(ⅲ)海洋光谱数据分析方法。 我们采用围隔实验培养赤潮为主，现场捕获赤潮为辅的光谱数据获取策略：依据围隔实验以及赤潮自身的特殊性，选用了海面以上光谱数据获取法(above water method)来完成赤潮光谱数据的获取工作；具体的实验器材选择、操作规程确定、注意事项等内容在第二章中进行了详细阐述。 第叁章是本论文的核心部分。对所获光谱数据进行处理，得出了丹麦细柱藻、海洋褐胞藻、中肋骨条藻、红色中缢虫等不同优势种类赤潮水体的遥感反射率光谱曲线；上述数据处理步骤、数据处理结果以及不同赤潮种类的生物特征在本章的3.1节给出。 为了定量表达赤潮水体的光谱吸收特征，3.2节进行了光谱吸收深度(H)、吸收宽度(W)、吸收面积(A)、吸收峰对称性(S)等特征吸收参数的提取方法研究。对中肋骨条藻叁条参考光谱的吸收特征参数与叶绿素a浓度进行了相关分析，发现450～520nm区间光谱吸收深度与叶绿素a浓度有较好的正相关关系，625～700nm区间吸收峰的对称性与叶绿素a浓度呈正相关关系，吸收宽度与叶绿素a浓度呈负相关关系。由于可供比对分析的叶绿素a浓度数据数量有限，本节的研究还只是对相应内容的初步探讨，结论的普适性有待进一步检验。 光谱微分方法是一种简单而有效的确定光谱曲线极值点波长位置的方法。3.3节运用该方法得出了实验赤潮水体光谱曲线的两个反射峰和一个吸收峰的波长范围，并对其产生机理进行了分析;更为重要的是，利用光谱曲线第二反射峰的波长位置实现了赤潮与非赤潮水体的光谱辨别，以及红色中绕虫、海洋褐胞藻等不同优势种类赤潮的识别。 光谱匹配是一种基于整体波形相似性的光谱识别方法。3.4节将光谱角度制图(SPectral Angl“MapPing，SAM)这一光谱匹配方法引入赤潮光谱识别研究之中，所进行的赤潮优势种类识别取得了令人较为满意的结果:红色中绕虫、丹麦细柱藻赤潮的光谱识别取得了成功;海洋褐胞藻赤潮有误识别的情况发生;只有中肋骨条藻赤潮的识别失败。文中对误识别产生的可能原因进行了分析，并指出了相应的改进方法。 3.5节对互相关光谱匹配(eross eorrelogam speetral Matching，eesM)方法用于赤潮优势种类识别研究进行了尝试，红色中绕虫、丹麦细柱藻、海洋褐胞藻赤潮的识别取得成功，中肋骨条藻赤潮的识别失败。总体来看，CCSM识别结果较SAM更佳，但也存在误识别的可能。 在上述工作的基础上，论文的第四章提出了《赤潮现场光谱调查规范》，力图对赤潮现场光谱数据获取、处理与分析工作起指导作用，内容包括:赤潮现场光谱调查前的准备工作;(ii)赤潮现场光谱调查操作规程;(iii)其他注意事项;(iv)光谱数据处理。 第五章对本论文所取得的研究成果和结论进行了总结与讨论，在此基础上指出了论文工作中尚存在的不足与改进措施以及下一步的工作方向。
崔廷伟, 张杰, 马毅, 孙凌[2]2005年在《基于地物光谱的赤潮优势种识别研究》文中提出利用2001年获取的不同优势种赤潮水体的现场光谱数据,处理得到了不同优势种赤潮水体的遥感反射率光谱曲线;在此基础上,发展了基于光谱角度制图法(SpectralAngleMapping,SAM)和互相关光谱匹配法(CrossCorrelogramSpectralMapping,CCSM)的赤潮优势种识别算法。数据实验结果表明,上述两种方法对于实现基于光谱数据的赤潮优势种识别是基本有效的,且CCSM方法的识别结果略优于SAM方法。进一步提高上述方法的适用性在于大量获取不同优势种赤潮的光谱数据并建立赤潮光谱数据库。
马毅[3]2003年在《赤潮航空高光谱遥感探测技术研究》文中进行了进一步梳理本文在国家高技术研究发展计划项目和国家重点研究基础规划项目的支撑下,面向中国赤潮海洋航空监测业务的需求,开展了赤潮航空高光谱发现检测、赤潮生物优势种类识别和赤潮生物量分布特征提取等3项技术的研究,并利用国内首批赤潮航空高光谱数据和宝贵的同步监测资料进行了检测和识别模型的验证。论文的工作包括:⑴ 在把握二类水体和赤潮水体的光谱特征的基础上,分析了赤潮与正常水体的航空高光谱特征差异,提出两种赤潮航空高光谱遥感发生检测模型:基于赤潮特征反射峰的检测模型、基于人工神经网络的检测模型。⑵ 在分析赤潮水体的高光谱数据特征的基础上,给出了赤潮水体的高光谱数据的特征向量,建立了3种赤潮生物优势种类航空高光谱识别模型:SAM(Spectral Angle Mapper)、SCM(Spectral Correlation Mapper)和SVM(Support Vector Machine).⑶ 基于多组分的海水遥感反射率模型,提出已知叶绿素浓度模拟海水遥感反射率的正问题模型、已知海水遥感反射率反演叶绿素浓度的反问题模型,对赤潮生物量分布特征航空高光谱遥感提取作了探索性研究。⑷ 开展了赤潮航空高光谱遥感发现检测模型和赤潮生物优势种类航空高光谱识别模型的实验应用。赤潮发生检测方面,分别利用基于赤潮特征反射峰的检测模型和基于人工神经网络的检测模型,检测出2001年8月12日和2001年8月25日高光谱图像中的赤潮水体和正常水体的空间分布,并指出上述两种检测模型不适合于存在大面积海面太阳耀斑的高光谱图像。赤潮生物优势种识别方面,应用SAM, SCM和SVM等识别模型成功地识别出2001年8月19日和2001年8月25日的赤潮生物优势种分别为丹麦细柱藻和红色中缢虫,但叁个模型对2001年7月16日暴发的夜光藻赤潮均产生误识别。最后,就赤潮航空高光谱遥感发现检测、赤潮生物优势种类航空高光谱识别和赤潮生物量分布特征航空高光谱提取等3项技术的完善,提出了需要进一步开展的研究工作。
马毅, 张杰, 张汉德, 刘宇中[4]2002年在《中国海洋航空高光谱遥感应用研究进展》文中研究说明详述了我国赤潮航空高光谱遥感应用研究的发展现状 ,对所发展的赤潮发现检测、生物优势种类识别、生物量分布特征提取技术及所建立的赤潮光谱数据库进行了详细介绍。概述了基于高光谱数据的溢油发生检测及面积信息提取、海冰发生检测及密集度信息反演、海岸带典型要素光谱波段敏感性等的研究进展。从遥感平台、成像光谱仪的角度对我国的海洋航空高光谱遥感发展进行了展望 ,简要介绍了建设中的国内首套适用于海洋环境与灾害快速监测的海洋航空遥感多传感器集成与应用系统。指出发展我国海洋航空高光谱遥感应用研究的 3个关键问题 :(1)大量获取海洋及海岸带要素的高光谱数据 ;(2 )开展海洋及海岸带要素现场光谱数据的同步测量研究 ;(3)大力建设海洋及海岸带要素的地物光谱数据库。
叶虎平[5]2017年在《二类水体吸收系数精确校正及其遥感反演研究》文中指出水体对光的吸收在水体光衰减、混合层加热、初级生产力、浮游植物生物量等的时空分布变化中扮演重要角色。定量获取水体吸收系数主要有叁种方法:现场原位仪器测量、实验室过滤水样分析和反射率遥感反演。由于我国近海二类水体光学特性复杂且时空分布变化大,水中物质在近红外波段存在显着吸收,主要成分浮游植物的吸收光谱受包囊效应和色素组成等因素影响,降低了获取吸收系数的精度,研究这些问题对提高水色吸收系数精度和水色遥感具有现实意义。1)近海水体光学特性时空分布方面,通过对黄海不同季节六个航次的现场数据进行水体分类研究,分析了遥感反射率光谱的分类特征,获取了黄海水体光学特性和时空分布特征。黄海水体光谱分类算法应到MERIS业务卫星,获得长时间序列不同时空下黄海水体光学分布特征及变化规律。2)野外原位测量吸收系数方面,改进一种基于E指数拟合获得散射项系数的散射校正方法,对九波段吸收衰减仪器(AC9)各吸收波段进行散射校正,满足在近海和内陆典型水体应用。结果与其他常用的校正方法比较,在红光和近红外波段有较明显抬升。结果与实验室测量的吸收系数具有可比性,可用于闭合检验。3)实验室测量的浮游植物吸收系数方面。本文利用黄东海2003年春季和秋季航次测量的色素浓度和浮游植物吸收光谱数据,通过去包囊效应,对吸收光谱数据进行特征波段高斯分解和色素成分分解和重构模拟研究,高斯分解的残差值多小于0.001 m-1,成分分解值与实测色素浓度接近,但存在明显季节性偏差。4)在遥感反演获得吸收系数方面,半分析算法能一定程度反演黄渤海水体的总吸收系数与后向散射系数,但浮游植物主导和近岸高浑浊水体反演结果相对偏差较大。用实验室测量吸收对算法进行改进,使得黄渤海各波段吸收系数反演精度显着提高,使用现场原位测量的吸收系数对改进算法检验,结果较好。本文的研究成果可以广泛应用于近海水体吸收特性研究,还可用于全球陆架海区上层海洋的生态和生物地球化学重要特性研究。
孙杰, 刘云, 陈性义, 赖祖龙[6]2007年在《海洋航空遥感多传感器应用集成系统研究》文中研究表明为将多源遥感信息提取研究中所开发的各种技术集成于统一的软件平台下,给用户提供方便的人机交互界面,本项研究在国家863计划下的航空遥感多传感器集成与应用技术系统的背景下,利用面向对象的设计思想和可视化编程技术,将各信息处理模块按照标准封装于统一的软件界面下,拟建立海洋航空遥感多传感器集成与应用系统。
王云飞[7]2009年在《东海赤潮监测卫星遥感方法研究》文中指出赤潮监测对赤潮早期预警、预测以及起始和爆发条件的研究都十分关键。而海色传感器具有探测赤潮的能力,特别是中分辨率成像光谱仪(MEdium Resolution Imaging Spectrometer, MERIS)具有叶绿素荧光光谱681nm波段以及709 nm波段。此外,海色传感器是唯一能够穿透海水一定深度的传感器,它或许具有探测次表层叶绿素浓度垂直剖面峰值的潜力。本文利用2003～2007年间分别于2月、5月、9月、11月在东海进行的五个航次所获得海洋光学现场数据及叶绿素浓度数据,并综合黄、东海文献资料,提出了东海赤潮常发区生物光学算法,其中增加了非弹性散射叶绿素a荧光模型。该生物光学算法与Hydrolight模拟数据以及现场数据吻合较好。基于该算法,利用L-M优化方法,并采用多组叁组分浓度矢量作为初始值输入的半分析反演模型反演东海赤潮高发区的叶绿素浓度。利用现场测量的遥感反射比(Remote Sensing Reflectance, Rrs)数据以及叶绿素浓度数据进行印证,相关系数R2为0.94,均方根误差百分比为14.5%,其结果优于不考虑叶绿素a荧光的生物光学模型。证明该反演算法是可行的。将该半分析算法应用于MERIS数据,其结果优于欧空局(European Space Agency, ESA)的Ⅱ类水体业务化反演算法algal_2产品。利用本文提出的东海赤潮常发区生物光学算法,给出了3000组模拟数据集。基于该数据集,研究MERIS荧光线高度FLH665-681-753、FLH665-681-709、最大叶绿素浓度指数MCI665-709-753、MCI681-709-753及其峰值与叶绿素浓度之间的关系,发现MCI665-709-753分布最适合东海赤潮监测,并提出MERIS数据东海赤潮监测判据。基于该判据对东海的两个赤潮案例进行分析,结果与国家海洋局发布的公报信息相符。基于本文提出的东海赤潮常发区生物光学算法确定的固有光学性质模型,采用高斯分布模型描述叶绿素浓度垂直剖面,利用Hydrolight4.1模拟了180组数据用于研究赤潮增殖过程中叶绿素浓度垂直非均匀剖面对遥感反射比的影响。根据赤潮常发区现场观测数据,设计了高斯分布模型参数。比较了垂直非均匀和垂直均匀情况下叶绿素浓度剖面的模拟结果。讨论了高斯分布模型四个参数对遥感反射比的影响。可得到以下初步结论：叶绿素浓度垂直非均匀剖面参数的变化主要对绿黄波段有影响,对FLH和MCI值几乎没有影响。
孙笑笑[8]2017年在《联合浮标与卫星数据的赤潮预警与决策服务》文中指出赤潮是我国近岸海域多发的自然灾害之一,科学地了解赤潮的发生规律、进行实时准确地预警预报、灾害验证以及时空变化监控对于赤潮的应急决策至关重要。本文选取浙江近岸海域高浊度、复杂多变的水体为研究对象,结合数据挖掘、地理信息系统、遥感反演等技术,旨在从真正意义上实现点(浮标监测)、线(船舶监测)、面(遥感监测)多源数据的融合应用,探索一个切实可行的技术框架与方法体系用于浙江近岸海域赤潮灾害的预警与决策服务。本文的研究内容具体为:(1)赤潮灾害监测大数据时空分析与关联规则挖掘。针对海洋环境监测领域存在的海量数据利用率不高的问题,本文对15年长时序的船舶监测数据进行了 SOM神经网络和相关性分析,并结合资料分析识别了赤潮特征因子(pH、溶解氧与叶绿素a)和环境限制因子(温度、盐度、降雨、强风),再利用多维关联规则挖掘算法提取了不同海域不同时段赤潮暴发时这些关键因子所处的状态,为赤潮的预警预报提供科学的时空判据。(2)考虑时间序列相似性的赤潮灾害实时预警预报。考虑到船舶监测和卫星遥感监测在赤潮实时预警上的瓶颈,本文基于实时浮标监测数据提出了一种基于特征点的分段赤潮预警时间序列相似性度量算法,该算法与关联规则挖掘结果联合后形成了一套"粗过滤-精匹配-检验"的赤潮信号识别模式,能够自动化、高精度地识别赤潮早期预警和赤潮发生预报信号,并搜索出历史时序库中最相似的赤潮事件供灾害处理参考。模式对台州大陈浮标和温州南麂浮标的应用准确率高达77.8%和88.3%。(3)基于多时相GOCI影像的高浑浊水体赤潮遥感提取算法构建。鉴于赤潮发生时水体光谱特征发生变化的特点,本文分析了静止卫星GOCI影像中赤潮水体、高浊度水体和清洁水体的波谱特征,基于识别出的443nm-555nm波段的波谱凹陷建立了赤潮水体的自动化遥感识别指数RrcH。利用RrcH进行赤潮的时空监控结果表明RrcH与浮标实测的Chl-a具有极好的相关性(r=0.9410,p<0.01),且与浮标预警信号在时间轴上高度一致。对赤潮面积提取的结果表明本研究提出的算法可以为赤潮灾害的灾中跟踪监控及应急处理提供支持。(4)浙江近岸海域赤潮预警与决策支持服务体系的设计与实现。依托笔者参与的科研项目,在项目研发的开源平台中集成并实现了 "多源监测数据高效云管理-大数据时空挖掘-赤潮实时预警-赤潮时空变化监控"的一体化赤潮预警与决策支持服务链。系统目前在各级海洋监测部门的业务化中得到显着效果,验证了本文提出的研究方法的有效性,能够为海洋生态环境保护和海洋经济可持续发展提供决策支持。
李刚[9]2007年在《光学技术在赤潮监测中的应用》文中研究说明赤潮灾害的频繁发生,给海洋生态环境和海洋渔业经济造成了严重危害。加强赤潮生物监测技术研究,对于赤潮预报与治理工作具有重要的现实意义。赤潮的监测是一个系统体系,在这个体系中光学技术扮演了重要的角色,从广域的卫星遥感、航空遥感,到定点定时的现场仪器测量,光学技术贯穿始终。本文回顾了国内外赤潮监测技术研究概况,重点介绍了赤潮光学遥感的生物、物理依据,总结了利用卫星光学遥感、航空遥感、现场测量和实验室分析反演赤潮信息的研究成果。设计了以卫星、航空和现场监测为支撑平台的全天候多层次立体赤潮监测系统。并以东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense Lu)围隔实验为例,对赤潮水体的光谱特性进行了深入研究,对判定赤潮发生的依据进行了有益的探讨,实验结果表明东海原甲藻引起的赤潮水体遥感反射率Rrs光谱与叶绿素a浓度均存在一定经验关系,相关性R2均达到0.9以上,伴随着叶绿素浓度的增加,荧光峰的高度和位置均发生变化。
范学炜, 张汉德[10]2002年在《赤潮生物种类特征光谱获取技术》文中研究说明较为系统地研究了赤潮生物水体反射率曲线获取方法。通过对 2类反射率反演方法得出的反射率曲线与实际反射率曲线进行比较 ,得出在不具备大气环境参数的情况下 ,经验线性法的反演结果与实际反射率曲线最接近的结论 ,并进一步对正常海水和赤潮生物水体的光谱特性进行分析 ,提取出赤潮生物水体的特征光谱。这是进行赤潮监测和识别的重要前提
参考文献：
[1]. 赤潮光谱数据获取与特征规律分析研究[D]. 崔廷伟. 中国海洋大学. 2003
[2]. 基于地物光谱的赤潮优势种识别研究[J]. 崔廷伟, 张杰, 马毅, 孙凌. 海洋与湖沼. 2005
[3]. 赤潮航空高光谱遥感探测技术研究[D]. 马毅. 中国科学院研究生院（海洋研究所）. 2003
[4]. 中国海洋航空高光谱遥感应用研究进展[J]. 马毅, 张杰, 张汉德, 刘宇中. 海洋科学进展. 2002
[5]. 二类水体吸收系数精确校正及其遥感反演研究[D]. 叶虎平. 中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所). 2017
[6]. 海洋航空遥感多传感器应用集成系统研究[J]. 孙杰, 刘云, 陈性义, 赖祖龙. 工程地球物理学报. 2007
[7]. 东海赤潮监测卫星遥感方法研究[D]. 王云飞. 中国海洋大学. 2009
[8]. 联合浮标与卫星数据的赤潮预警与决策服务[D]. 孙笑笑. 浙江大学. 2017
[9]. 光学技术在赤潮监测中的应用[D]. 李刚. 天津大学. 2007
[10]. 赤潮生物种类特征光谱获取技术[J]. 范学炜, 张汉德. 黄渤海海洋. 2002
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