兼顾内陆水体水位时空变化特性的合成孔径雷达波形重跟踪算法

合成孔径雷达(SAR)测高技术已被广泛运用于内陆水位监测中,但内陆水域回波复杂,需要波形重跟踪精化才能获取有效水位。内陆水域SAR高度计回波通常包含多个子波形,重跟踪的主要思路是寻找最优子波形,在特定条件下可以获得较合理水位,但在复杂水域或小水体中容易出现最优子波形筛选错误导致水位异常。传统最优子波形筛选主要是基于沿轨或外部数据约束下进行,而本文提出一种不使用外部数据、兼顾了内陆水体水位时间变化连续且空间变化平稳特性的重跟踪算法SaTCoM,首先对波形进行插值平滑,有效提高子波形识别准确度;然后对所有周期沿轨子波形水位集合进行时间向滤波得到参考水位序列;最后将沿轨子波形水位划分为若干区间并将子波形水位“放入”最近区间,在参考水位波动约束下,根据表征沿轨水位空间稳态特性的指标函数,选择最优水位区间子波形水位计算最终水位。选择我国区域68个大中小型水体的水文站实测数据作为验证,对其附近的哨兵-3A/3B/6A卫星SAR回波数据,分别使用SaTCoM算法、OCOG、ICE1、阈值法和MWaPP+算法重跟踪后进行了比较。结果表明,SaTCoM算法所得内陆水体水位与实测数据不符值RMSE为0.34 m,相对RMSE为7.8%,相关性为0.95,在大部分内陆水体中均表现优异,较其他算法有很大优势,在中小水体中尤为明显,同时分析表明时空约束下的SaTCoM算法仍可以有效捕捉水体水位的快速变化。由此表明,本文算法SaTCoM可较好地解决小水体有效水位获取的困难,能够较大地拓展内陆测高数据的应用。

基于CiteSpace的三维荧光光谱技术对内陆水体中溶解性有机质研究的进展

采用文献计量学方法厘清国内外三维荧光光谱技术对内陆水体中溶解性有机质(DOM)的研究现状、热点和发展趋势。利用CiteSpace知识图谱分析工具,以CNKI和WoS核心合集为数据源,从年发文量、发文作者、发文国家、关键词聚类以及突显等方面进行可视化分析,并对三维荧光光谱技术研究内陆水体中的DOM及其数据分析方法与解析技术进行综述。结果表明该领域年发文量呈上升趋势且以外文文献量增长较快为主要特征,中国是发文量最多的国家,国际化交流合作程度高且已形成较为稳定的研究团体,研究潜力充足。国内外利用三维荧光光谱技术对内陆水体中DOM的研究主要集中在易受人类活动影响或富营养化严重的水域,包括富营养化水体与沉积物中溶解性有机质,有色溶解性有机质和消毒副产物的研究,以及涉及溶解性有机质与重金属相互作用、全球气候变化响应、生物利用性等方面。除了采用常规的数据分析方法外,综合运用三维荧光光谱与吸收光谱、质谱等技术相结合,从分子水平解析内陆水体中DOM的组成和来源特征是该领域未来的重要研究热点与趋势。

大兴安岭多年冻土区两种水体温室气体浓度动态与冬季储存特征

北方内陆水体是温室气体排放的热点,对量化区域碳收支起重要作用,但其排放的季节变化尚不清楚。观测了大兴安岭多年冻土区府库奇河及其改道形成的牛轭湖(演替晚期)冻结期冰层中储存的二氧化碳(CO_(2))和甲烷(CH_(4))浓度,并比较了两种水体中CO_(2)和CH_(4)浓度在三个不同时期(冻结期、非冻结期、春季融化)的差异。结果表明:两种水体CO_(2)和CH_(4)浓度季节变化存在差异。牛轭湖在冻结期水体中CO_(2)和CH_(4)浓度最高,有明显的冰下积累现象,其中CH_(4)浓度平均值为(2.21±0.54)μmo/L,分别是非冻结期和春季融化期水体CH_(4)浓度的5倍和14倍。河流水体中CO_(2)和CH_(4)浓度最高出现在春季融化期,显著高于非冻结期和冻结期(P<0.05)。水中CO_(2)和CH_(4)浓度受多种环境因子的影响,与可溶性有机碳(DOC)正相关(P<0.05),与溶解氧(DO)、水温为负相关(P<0.05)。冻结期冰层形成后,温室气体会以冰气泡的形式存储在冰层中,气泡的主要成分是CO_(2)和CH_(4),其中CO_(2)占90%以上。由于冰气泡中CO_(2)和CH_(4)浓度约为冰下水体浓度的1%—30%,忽略冰层中储存的温室气体将会增加北方水体碳排放的不确定性。研究明确了大兴安岭多年冻土区两种水体溶解性CO_(2)和CH_(4)的季节变化特征与冬季温室气体储存能力,为深入认知该区域水体碳循环过程提供重要数据支持。

新一代国产高光谱ZY1-02E卫星在内陆水体水质参数反演中的应用

2021年12月26日,我国成功发射资源一号02E(ZY1-02E)卫星,其搭载了新一代高光谱相机(Advanced Hyperspectral Imager,AHSI),拥有30 m空间分辨率的可见光到短波红外范围内的166个波段,在内陆水体水质参数反演方面具有重要潜力。本研究以北京市沙河水库和金海湖为研究区,开展基于ZY1-02E AHSI影像数据的叶绿素a浓度和透明度反演研究,以评价其实际应用效果。基于京津冀地区12个湖库的遥感反射率和叶绿素a浓度实测数据,构建叶绿素a反演半经验模型。将该模型和基于准解析算法(Quasi-Analytical Algorithm,QAA)的透明度半分析模型应用于ZY1-02E AHSI影像,并利用在沙河水库和金海湖两个研究区获取的星地同步实测水质数据对反演结果进行精度评价。结果表明,基于670 nm和705 nm波长的归一化指数的叶绿素a反演半经验模型的精度最高,拟合度和平均相对误差分别为0.79和21.70%;基于QAA-V6的透明度半分析模型的精度最高,拟合度和平均相对误差分别为0.93和13.90%。该研究结果初步证明了ZY1-02E高光谱数据在内陆水体水质参数反演中的潜力。

基于SVM模型的星载GNSS-R内陆水体识别方法研究

内陆水体探测是遥感领域中的重要研究方向之一,涵盖河流形态变化监测、实时洪水监测和地表水变化分析等领域。支持向量机(Support Vector Machine,SVM)在非线性分类问题上表现优秀并且能够得到较低的错误率。提出了一种基于SVM的全球导航卫星系统反射(GNSS-R)信号内陆水体识别方法,使用星载GNSS-R信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)作为像素构建遥感图像,并应用合成少数类过采样技术(Synthetic Minority Oversampling Technique,SMOTE)进行数据处理。在此基础上,通过SVM模型的方式实现水体信息提取,并在刚果盆地区域的旋风全球导航卫星系统(Cyclone Global Navigation Satellite System,CYGNSS)数据进行了验证。结果表明,未进行SMOTE算法处理的分类准确率是65.1%,其中水体分类准确率5.39%,而经过SVM模型和SMOTE算法处理后,数据分类准确率提高至96.49%,水体分类准确率提高至96.32%,准确率和水体查准率都得到了提高,显示了利用基于SVM的星载GNSS-R内陆水体识别方法的有效性。

内河水上服务区绿色评价指标体系研究

为明确内河水上服务区绿色化建设目标和方向,促进水上服务区绿色效能提升,开展了水上服务区绿色评价指标体系研究,提出了一种适用于各类建设型式的水上服务区绿色评估方法。首先,在分析水上服务区建设型式和绿色建设现状的基础上,提出水上服务区绿色评价的主要原则,结合《绿色交通标准体系(2022)》与相关绿色评估标准明确具体的绿色化要素;其次,构建了水上服务区绿色评价指标体系,利用专家打分与层次分析法结合的方式确定指标权重,结合服务区实际情况验证指标权重的科学性,提出各项指标的评分方法;最后,运用所构建的指标体系对重庆某水上服务区进行评价。结果表明:该水上服务区可达到4星级绿色水平,验证了评价指标体系的适用性,并指出该服务区在节能管理、能耗监测、人员制度方面存在短板,为后续服务区优化提升提供了依据。

远程控制船舶内河航行风险评价研究

针对远程控制船舶内河航行风险定量评价问题,提出了一种不确定性建模与船模航行试验相结合的风险评价框架,分为模型构建、量化和验证3个部分。在模型构建方面,模型节点来自内河环境、通信、岸端、船端和风险5个方面辨识的船舶远程控制航行风险因素,根据专家经验和航行试验对初始模型结构进行迭代修正,形成了远程控制船舶内河航行风险评价的贝叶斯网络模型;在模型量化方面,为量化父子节点之间线性或非线性关系提出了条件概率计算方法,在内河连续桥区开展船模航行试验,获取了部分根节点的先验概率、航行事故或险情,以及试验人员对航行风险的评价等数据;在模型验证方面,从情景分析、敏感性分析、对比分析3个角度对模型进行了验证。结果表明:在统计的40起航行试验案例中,触碰/碰撞事故占比最高,试验发现了新的失效模式,即控制冲突、程序错误、信号丢失等;构建的贝叶斯网络模型能够有效评价不同情景下航行风险水平,并辨识了与远程控制船舶内河航行风险相关的重要节点。研究结果可以为实现内河船舶远程控制作业模式提供理论依据,也为内河远程控制船舶航行安全提供研究思路。

关于长江经济带内河港航资源整合发展的探讨——以湖南省港航资源整合为例

长江经济带是全国除沿海开放地区以外,经济密度最大的经济带,水系发达,发展航运得天独厚。通过分析长江中下游内河港航资源整合取得的实效,本文以湖南省港航资源整合为例,指出当前内河港航资源整合前存在的差距和共性问题,阐明在国内国际双循环相互促进的新发展格局下,推动内河港航资源整合发展、补齐现代综合立体交通运输体系短板、降低物流成本的必要性,对进一步深化内河港航整合提出指导性建议,以供参考。

智联无人船内河水深测量与抗水流能力评估

利用无人船无验潮测深与网络RTK技术开展内河水深测量试验,并从测深精度、路径跟踪及最大抗水流能力三个方面评估该自主研发无人船性能。结果表明,无人船水深测量精度高,满足相关规范要求,且无人船在水流速<2.0 m/s条件下,抗水流速能力强,路径跟踪精度良好,外业作业最大抗水流速安全阈值为5.0 m/s。

诸城市“渔+”大水面生态渔业发展模式解析

目前,内陆大水面渔业已经迈入了水域生态保护和渔业资源利用协调发展的历史时期。为助力高质量发展诸城市大水面生态渔业,基于该市现状,分析了其在内陆渔业结构调整和转型升级、一二三产业融合发展进行的有效探索,及构建的县域生态渔业高质量发展模式,并对几种主要发展方式进行了阐述,如:河库生态增殖、塘坝生态养殖、渔农种养综合发展、工程化(工厂化)循环水养殖、“渔+”多产业融合等。

海商法典的体系化和民族性:海上货物运输合同立法的实证研究

海商法典演进中呈现出勃兴、扩张与简约的趋向。海商法法典体系存在一定的差异性,但其体系演进中一直维系着海上货物运输合同的强制性体制。作为提单或者运输单证所证明的合同,海上货物运输合同迥异于航次租船合同。海商法典内部体系下我国《海商法》关于航次租船合同立法例存在瑕疵,这是由《海商法》下海上货物运输合同的本质和范围决定的。作为海商法典体系化中衍生品的民族性,为理解内河航运纳入我国《海商法》下海上货物运输立法的可能性和可行性提供了合理路径。因此,通过规范配置等立法技术和立法理念的革新,厘清和重构我国《海商法》下海上货物运输立法是可行的。

扩张与限制:“华洋合股”在近代中国的境遇

五口通商以后,“华洋合股”的经贸形式在上海等地涌现。不过此种经贸形式缺乏法律约束,导致华洋商事纠纷频繁出现。此类纠纷不仅引起合股双方的诉讼,更引发了国家层面的外交交涉。在中外修订商约的过程中,各国不仅要求“合股”合法化,更企图通过“合股”形式扩大行业和地域限制,包括内河航运、开采矿产、内地设厂等方面的要求。而中国则力图通过与各国交涉以及创建法律体系等方式,对合股的形式、资本、范围加以限制。“华洋合股”既影响了中国工业化的进程,也对民族工业的发展形成了一定障碍。

内陆水体储碳作用机制研究进展

碳循环是全球变化科学的研究重点,其源汇问题已成为全球变暖与地球系统科学领域的研究热点。以海洋碳循环为基础,综述了水体储碳的生物学过程与机制并梳理存在的科学问题;探讨内陆水体的储碳效率,其影响因素包括全球气候变化、水体富营养化;结合水生植物的生理特性和生态位特点,以海洋MCP理论为基础,提出水生植物-微生物耦合的内陆水体储碳增汇作用新途径;展望内陆水体储碳作用所面临的机遇和挑战。

Sentinel-2和ICESat-2密集时序数据反演浅平型内陆湖泊水量变化

干旱区内陆尾闾湖泊由于湖盆地形浅平、岸线复杂等特点,采用传统的水位-面积关系法难以反演高精度的水量变化信息。本文提出了一种基于密集时序ICESat-2和Sentinel-2数据反演浅平型内陆湖泊湖盆地形和重建水量时序的方法。本文方法利用浅平型湖泊季节性变化显著的特性,筛选和计算不同时期湖盆内非水面区域的所有ICESat-2激光光子点的高程信息,并根据水面等高的特性内插得到Sentinel-2不同时相水面线的高程信息,在此基础上通过这些加密的高程点构建高精度湖盆地形信息,并结合水面时序重建湖泊的水量变化。以新疆塔里木河尾闾台特玛湖为试验区,基于132期Sentinel-2卫星影像和28个时相的ICESat-2激光脉冲数据,重建了2016—2022年的湖泊水量时序。结果表明,本文方法获取的湖盆地形高程中误差为0.103 m,可为无资料浅平型湖泊水量信息的时序重建提供一种思路。

新时代四川内河水运发展思路及对策

在交通强国、双碳目标等国家战略,以及四川省“一干多支、五区协同”“四向拓展、全域开放”战略背景下,四川水运高质量发展面临着新的机遇和挑战,需要提出新思路、研究新对策、充分发掘自身潜力、提高供给质量和效率。在分析四川水运发展历程的基础上,总体评价四川省水运发展成就和存在问题,全面研判新时代内河水运发展面临的形势与要求,从发展模式、发展定位、发展格局、发展动能、发展业态等方面提出发展思路及对策,为推动四川内河水运高质量发展提供借鉴。

基于Landsat-8卫星遥感反演内陆河湖水质参数

以太湖为研究区,使用Landsat-8卫星OLI数据和无人机高光谱数据,对研究区CODMn、DO、TN、TP、NH3-N等5项水质参数进行遥感定量反演研究,通过各水质参数与遥感数据波段组合分析,构建高拟合度的水质参数反演模型,为内陆水体水质参数遥感定量反演提供理论基础。

AIS在内河海事监督管理中的价值思考

随着我国社会经济发展速度的不断提升,加之受到政策制度等因素的影响,我国内河航运行业变成经济发展重要的新兴产业。AIS其实就是船舶自动识别系统,对内河海事监督管理有着重要影响,许多海事局纷纷推行AIS信息化管理体系,使得我国内河海事开始向着标准化方向发展。

在《立法法》修正背景下探析《内河交通安全管理条例释义》的正当性困境

在《立法法》修正背景下,通过《内河交通安全管理条例释义》对《内河交通安全管理条例》第2条规定的释义为例,以有关概念及释义属性为研究出发点,分析《内河交通安全管理条例释义》正当性的困境,提出改良的对策。

表层水温红外原型观测实验及准确性评价

河流、湖泊、水库等内陆水体水温对水生生物的生长及周边生态环境具有重要意义,发展水温原型观测是进行理论研究和工程应用的基础。现有内陆水体表层水温测量,主要依靠温度计人工目视观测或水文测站仪器自动观测,2种方法在面对高频次或无固定测站水域观测时,存在仪器设备运行维护困难、监测数据不连续诸多限制。为提高水温测量的稳定可靠性,并减少水位波动对自动观测的不利影响,实验设计了新型红外水温观测系统,并对其进行比测验证及数值修正。原型观测结果显示,修正后的红外水温监测数值超过85%的相对误差≤5%,80%以上绝对温差≤1℃,红外水温系统性能稳定,可靠度高,可用于内陆水体表层水温观测。

遥感反演技术应用于监测地表水体水质参数的现状与展望

遥感反演技术克服了人工采样成本高、耗时耗力、时效性差、采样点位不连续的缺点,已在内陆及近岸水体的水质监测中得到了广泛应用。当前随着经济的快速发展,流域水污染日益恶化,快速、准确掌握地表水体水质的空间分布特征及动态变化情况对于保障水资源安全尤为重要。然而,由于内陆水体光学特性复杂多变,遥感反演技术在内陆水域进行水质监测仍面临极大挑战,如江、河、湖、库等地表水体不同水域的模型迁移性较差,可反演的水质参数有限,且多集中于大范围尺度水域,对小微水域研究较少。文章从遥感数据源、水质遥感反演模型、遥感反演数据集3个方面出发,梳理分析了内陆水体中不同水质参数的遥感反演研究进展,对水质遥感反演在水体重金属的监测方面进行了探讨,总结了水质遥感监测技术在不同空间尺度下的遥感反演数据集,并对构建遥感反演技术监测地表水体一体化体系进行展望。