基于SAR子孔径图像的浅海水下地形探测

沿海地区水下地形的精确测量是人类开展海洋活动的关键,合成孔径雷达(SAR)为浅海地形的探测提供了一种新的手段,其中TerraSAR-X的聚束模式以较长的积分时间得到高分辨率的SAR数据,从而能较为精确地反演浅海的海底地形。传统SAR图像水下地形探测基于波周期不变的假设,这不仅需要已知初始水深求解波周期,还给探测结果带来一定误差。本文提出一种基于子孔径图像的水下地形探测方法,将一景SAR图像分解成多景时间间隔固定的子孔径图像,利用子孔径图像间的时间间隔,求解不断变化的波周期,从而获得更加精确的水下地形。使用在海南蜈支洲岛的TerraSAR-X数据验证了此方法的可行性,将此方法反演得到的结果与GEBCO数据进行比较,发现两者吻合较好(MAE为2.8 m,MRE为23.91%),证明了此方法在浅海反演水深的巨大潜力。

一种基于重力正演理论的海底地形反演迭代算法

重力数据反演海底地形的方法是获取全球海底地形数据的重要途径。针对传统地形反演算法需要间接引入经验参数的问题,本研究以不采用经验公式为原则,从空间域方法入手,结合重力正演公式,建立重力异常与地形之间的解析观测方程,采用最小二乘方法进行求解。为了得到观测方程最优解,建立牛顿迭代关系,引入正则化参数,增强方程组的收敛性。顾及边缘效应对正演的影响,采用双线性插值算法对原始重力异常数据进行加密处理和无约束网格扩充以削弱误差。在太平洋海域(155°E~156°E,16°N~17°N)构建了1′×1′分辨率的海底地形模型,并通过船测水深数据验证。相比于传统空间域算法——重力地质法,本研究方法的均方根误差降低了12.7%,验证了其可行性与准确性。

基于声呐图像的海上风电桩基局部冲刷实时监测研究

在江苏大丰某海上风电场选取代表机位,安装桩基局部冲刷实时监测系统对桩基周围海床进行实时监测,并和多波束水下地形测量成果进行对比分析。结果表明:该系统实时监测效果较好,与多波束的测量结果相吻合,其最大优势在于能长期实时连续监测桩基周围海床的高程变化情况,掌握长期冲淤趋势。监测桩基海床已产生最大冲刷深度达8 m的冲刷坑,为保障风机系统的安全稳定,建议及时采取冲刷防护措施,以防冲刷坑进一步发育。

江苏沿海大规模围垦对近海潮汐潮流的影响

基于江苏近海二维潮汐潮流预报数值模型,以2008年为基准水平年(现状),对江苏沿海滩涂围垦规划(2010—2020年)的3个阶段进行了数值模拟.从该海域主要分潮潮波分布、潮汐通道流速和单宽纳潮通量变化3个方面探讨了大规模滩涂围垦工程对江苏近海潮汐潮流的影响.数值模拟结果显示:3个阶段围垦工程实施后,M2分潮无潮点位置向东北方向略有平移,沿岸潮波传播速度加快,潮波辐聚有所增强;第1和第2阶段围垦工程实施后,西洋通道涨落潮单宽纳潮通量增幅超过10%,涨落急流速增幅20%左右,其他通道涨落潮单宽纳潮通量变化5%左右,涨落急流速变化不大;第3阶段围垦工程实施后,西洋通道涨落潮单宽纳潮通量和涨落急流速增幅均超过20%,小庙洪通道落潮单宽纳潮通量减幅超过20%,流速减幅10%左右.

多波束相干海底成像技术

为使多波束测深系统获得高质量的海底地貌图像,研究一种基于多波束相干原理的成像方法.在分析多波束相干算法估计海底回波到达时间(time of arrival,TOA)与到达方向(direction of arrival,DOA)原理的基础上,结合水声环境与声呐系统参数对各检测点对应的反向散射强度和地理位置信息进行估计,并从相干信号的幅度、相关性以及频谱三方面对受噪声影响的相位差数据进行质量控制,实现了反向散射强度和空间位置信息的准确融合.试验数据的处理结果验证了该方法能有效抑制噪声对相位差序列的干扰并且所获声呐图像具有较好的空间分辨率.

黄海海底辐射沙洲区的M2潮波

建立了东中国海潮波数值模型，模拟了Ｍ２分潮波的传播，以研究Ｍ２分潮波的时空分布与黄海海底辐射沙洲形成和演变规律之间的关系．Ｍ２分潮波进入南黄海后，部分受山东半岛阻隔，在半岛以南水域及海州湾呈逆时针旋转．旋转波与后继的南黄海前进波在江苏北部沿海相遇，并在弓京港附近的水域形成潮波辐聚．在辐聚区内，潮差大，流速急，成为塑造海底沙脊间深槽的主要动力条件．７０００年前古海岸下Ｍ２分潮的数值试验表明，古河口附近的潮波为移动驻波型，其范围刚好与现在的南通市相对应．

侧扫声呐探测数据管理系统设计与实现

侧扫声呐调查获得的数据是一类格式特殊、类型多样、结构复杂、数据量庞大、包含信息丰富的数据,设计和建立侧扫声呐数据管理系统是数据深层次应用和共享的前提。针对侧扫声呐数据的特点,本文将侧扫声呐获得的完整数据体系规划为原始数据层、标准化数据层、目标数据层和元数据层4个层次,设计并开发了侧扫声呐数据管理系统,整个管理系统包括原始数据管理模块、数据预处理模块、数据处理模块、质量评价模块、数据库管理模块和数据成果集成展示与服务模块。各个模块既可独立运行,相互之间又有关联,形成一个相对完整的管理系统,实现了对侧扫声呐原始数据及各类成果数据多样化有效处理与管理。该系统已经应用于我国近海海洋综合调查与评价专项中的全部侧扫声呐调查数据的管理,并取得了较好的效果。

盐城滨海港区防波堤建设对水下地形的影响研究

利用双频测深仪和声学多普勒流速仪对滨海港区附近海域进行了区域测深和定点全潮水文观测,通过与以往调查研究资料的对比,分析了防波堤建成前后海底冲淤变化特征。研究结果表明:近20年以来水下岸坡为侵蚀最剧烈的区域,海底平原则处于相对稳定状态;受自然侵蚀的影响,水下岸坡继续向岸内移,目前最强侵蚀区已内移至–8~–12 m水深的水下岸坡;近年来自然侵蚀明显减弱,年均侵蚀速率约为前10年的1/4;受防波堤挡流效应的影响,口门南侧已由往复流转变为旋转流;目前已出现三大淤积区域,其中以口门处淤积最严重,最大淤积厚达3.5 m,已造成口门处水深不足–10 m;防波堤对周边海域直接影响范围约13.4 km^2,最远可达废黄河口。分析认为,防波堤建设是引起港区海底冲淤格局发生变化的主因。该研究为防波堤的后续维护及滨海港区30万t级航道工程论证提供了基础资料。

基于数学形态学的侧扫声呐图像轮廓自动提取

侧扫声呐图像特征自动提取的难点在于特征地貌边缘检测较困难,依据图像灰度突变检测得到的边缘比较粗糙、不连续,而且有断口和小洞。本文在对图像进行预处理和阈值化的基础上,采用数学形态学方法对图像进行处理,即用具有一定形态的结构元素去量度和提取图像中的对应形状,得到连续化、粗化、圆滑的特征区域边缘填充目标内部阴影且消除背景噪声。基于数学形态学的侧扫声呐图像特征自动提取的主要步骤为:首先对侧扫声呐图像进行预处理,然后进行灰度阈值化,接着采用数学形态学方法进行处理,最后对处理后的图像进行边缘检测,提取出特征地貌边缘。实验表明,采用数学形态学方法进行处理后,错断、离散的海底目标物变得连续,背景噪声大大减少,自动提取结果准确可靠。

水化学与电法在海水入侵监测中的应用

根据大量实测资料，获得海水入侵监测的２ 种指标：由特征离子比值构成的水化学指标；由电阻率和充电率组成的电法指标。推导了这２ 种指标的相互关系，并介绍一些注意事项。

汕头海域海底光缆路由条件及评价

根据在东南亚至日本海底光缆汕头段(300m水深以浅)路由勘察中所获得的多波束、侧扫声纳、浅地层剖面、柱状取样等资料,结合勘察区的自然环境特征,对路由区的自然环境条件、海底工程地质条件进行了详细的分析,并对该段路由条件进行了综合评价。研究表明,此段路由在大陆架区域路由条件较好,适合海底光缆的铺设;在大陆架与大陆坡结合带路由条件相对较差,应做好应对措施。

天然气水合物调查区微地貌特征探测成果

本文介绍了利用近海底探测设备声学深拖和ROV遥控潜水器在天然气水合物调查区进行的微地貌探测成果。结合前期地震调查成果,在地震剖面上显示的三个贯穿海底的气烟囱区域对应的海底探测到麻坑、海底丘状体。另外,在水合物喷发的冷泉区,首先使用搭载在声学深拖上的侧扫声呐对目标区进行较大范围的调查,利用声呐图像上的"亮斑异常"确定冷泉喷口的位置,再利用ROV遥控潜水器开展精准下潜探测,在冷泉区识别出碳酸盐岩结壳、泥火山特征地貌、羽状流现象和一些典型的生物特征。

广西北海涠洲岛海岸带监测剖面侵淤分析

基于CORS的RTK无验潮水深测量对广西北海涠洲岛进行海岸带侵蚀淤积监测,通过2022年度数据进行对比,其结果表明涠洲岛西南面滴水丹屏JC02监测剖面高潮带以侵蚀为主,表现为强侵蚀和严重侵蚀,中部高潮带为轻微淤积,除了西北侧低潮带为侵蚀外,其余区域低潮带和潮下带整体表现为淤积;涠洲岛东北面苏牛角坑JC05监测剖面高潮带表现为严重侵蚀和侵蚀,中部高潮带表现为淤积,低潮带和潮下带整体表现为淤积。在分析后发现,基于CORS的RTK无验潮水深测量对海岸带侵蚀淤积剖面监测,其数据具有高精度、高效便捷、测量范围大和可全天候作业的优点,可以填补一般监测项目空白期过长的不足,开展常态化监测,为取得成果提供可靠地保障。

长江口潮间带九段沙浅滩潮水沟形态分析

潮水沟演化是潮滩滩面对环境动力和生物过程的适应,分析潮水沟的形态特征有助于反推解读滩面的响应机制。借助于滩面水位高程计算模型和参数统计分析,提出九段沙上沙滩面潮水沟存在集中和分散两种发育模式。与分散模式相比,集中模式的水动力条件更强,潮沟数量更少,等级更高,规模更大。在研究区内,单支潮水沟的汇水形式彼此不同,但两种模式的总体汇水形式相近,潮水沟均以显著线性关系随汇水面积增大而扩展,最后两侧滩面产生同等的沟化程度。

南沙群岛封闭环礁空间结构的遥感信息与数学模型

阐述了造礁珊瑚生长发育的诸多条件 ,形成珊瑚环礁的地质背景与漫长的历史过程 ,珊瑚环礁的地貌特征与环境动力条件的密切关系 .依据珊瑚环礁发育的规律及其表观的光谱响应特征 ,建立了封闭环礁空间结构的数学模型 .此模型与印证的结果是理想的 ,对于南沙群岛大片航行危险地带和暂不能入区进行科学研究有着重要的意义 .

海洋路由勘测对海底光缆工程的影响分析

介绍了水深、海底坡度、土壤剪切强度以及潮流、雷暴等海洋路由各勘测要素及其在海底光缆通信施工中的作用,并对它们在施工中的作用及其必要性进行了评价,从而使海洋路由勘测与施工的需要结合得更紧密,更具有针对性。

回声测深仪在水下地形测量中的应用

本文在介绍回声测深仪基本工作原理的同时，介绍了回声测深仪在杭州湾口外一拟建大型码头水下地形测量的一个应用实例。实验表明：回声测深仪在探测水下地形变化中是十分有效的，可为有关工程项目提供可靠的科学依据。

基于T/P卫星海面测高的黄东海海面地形变化探讨

利用Topex/Posedion卫星的SSHA数据对黄、东海1993—2001年期间的平均海面地形的空间形态特征、变化速率的空间分布特征及年内变化特征等3个方面进行了分析。研究结果表明,该海区9a平均海面地形的基本特征为:东南高、西北低,由东南向西北倾斜,最大高差超过90cm;1993—2001年期间全海区均呈现海面上升趋势,上升速率值在5～8.6mm/a之间,海面上升的空间分异表现为南快北慢,东快西慢。海面地形的年内变化在时间上呈正弦波动,空间上中、北部区域变化速度快,年较差大;南部区域变化速度慢,年较差小;变化空间特征复杂。

计算分析潮流对海缆路由稳定性的影响

通过野外勘察和室内试验分析结果,了解琼州海峡北海-临高段海缆路由区浅层海底土分布特征和路由区及其附近海区的潮流特征,利用计算的方法分析了10 a和50 a一遇的潮流对海缆路由区冲刷破坏的可能性。结果发现,在琼州海峡海缆路由区海底砂性土平均起动流速（23.2-58.9 cm/s）小于10 a一遇（75.2-93.8 cm/s）和50 a一遇（85.4-113.7 cm/s）的预测流速;海底粘性土的平均起动流速（64.8 cm/s）也小于10 a一遇（76.2 cm/s）和50 a一遇（87.4 cm/s）的预测流速。路由区海底土会因潮流冲刷作用而发生失稳破坏,影响埋设在海底土中海缆的安全。同时,结果还发现潮流对砂性海底土的影响大于对粘性海底土的影响。

星载SAR遥感浅海水下地形的最佳海况模拟仿真

根据星载合成孔径雷达(SAR)浅海水下地形和水深成像机理,建立了浅海水下地形和水深雷达后向散射截面仿真模型,模拟了浅海水下地形的雷达后向散射截面,分析了流速、流向、风速和风向与SAR水下地形观测之间的关系。结果显示,流经水下地形的流速越大,水下地形越易被SAR观测到。流向与水下地形坡度方向平行(0°)是水下地形观测的最佳流向;流向与水下地形坡度方向垂直(90°)最不利于SAR对水下地形成像。星载SAR水下地形观测的最佳风速范围为3～9m/s。风向对水下地形成像的影响比较复杂,30°～89°是最佳的风向范围。