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多特征融合的极化SAR海冰类型提取方法研究

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多特征融合的极化SAR海冰类型提取方法研究

作者：孙培蕾山东科技大学

学位级别：硕士

准确高效地提取海冰的类型及分布范围,对于海冰灾害的监测及预防等都具有重要意义。极化SAR具有全天时、全天候、不受云雾影响的优势,已成为海冰类型提取的重要技术手段。目前利用极化SAR数据进行海冰类型提取主要存在以下问题:一是分... 详细信息

准确高效地提取海冰的类型及分布范围,对于海冰灾害的监测及预防等都具有重要意义。极化SAR具有全天时、全天候、不受云雾影响的优势,已成为海冰类型提取的重要技术手段。目前利用极化SAR数据进行海冰类型提取主要存在以下问题:一是分类特征参数的选择对海冰类型提取结果具有重要的影响;二是仅依靠单一属性特征难以实现海冰类型的精准监测;三是常见的双极化SAR数据海冰类型提取方法适应性比较差,亟待一种新的双极化SAR数据海冰类型提取算法。针对上述问题,本文利用极化SAR数据进行辽东湾海冰类型提取研究,主要进行了三个方面的研究。（1）极化SAR图像特征提取与分析。针对GF-3全极化SAR数据,基于极化数据特性,提取海冰SAR图像后向散射强度特征参数;基于Pauli分解、H/α/A分解、AnYang分解三种目标分解方法,提取海冰SAR图像极化目标分解特征参数;基于灰度共生矩阵,提取海冰SAR图像纹理特征参数,共获得22个海冰类型提取特征参数。分析不同属性特征参数对海冰类型识别的有效性,结果表明不同特征参数包含不同的地物目标信息,将后向散射强度特征参数、极化目标分解特征参数和纹理特征参数进行组合可以提高海冰类型之间的差异性。（2）全极化SAR数据海冰类型提取算法。以渤海辽东湾为实验区,选用高分三号（GF-3）全极化SAR数据,提出一种联合极化SAR目标分解特征和纹理特征的海冰类型提取方法。该方法首先通过特征分析选取海冰分类的有效特征参数,其次利用有效特征参数构建联合特征矢量,最后基于支持向量机（SVM）分类器,实现了极化SAR图像海冰类型的精确提取。实验结果表明,联合多类特征参数进行海冰类型提取,分类效果得到较大改善,通过与最大似然（MLC）分类器结果对比,验证了 SVM分类器对融合多类特征进行海冰类型提取的有效性,分类总精度高达93%。（3）双极化SAR数据海冰类型提取算法。以渤海辽东湾为实验区,选用GF-3和哨兵1号（Sentinel-1）双极化SAR数据,提出一种基于多特征融合的双极化SAR数据海冰类型提取方法。该方法首先提取海冰图像的多类特征包括后向散射强度特征、极化目标分解特征和衍生特征、纹理特征;其次进行特征筛选,选择有利于海冰类型提取的特征参数构建最优特征矢量;最后应用SVM分类器实现海冰类型的大面积监测。结果表明,本文提出的基于多特征融合的双极化SAR数据海冰类型提取方法,分类结果更准确,精度优于其他方案。

关键词：海冰类型极化SAR 目标分解纹理特征支持向量机

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辽东湾海冰类型SAR响应分析

遥感技术与应用 2007年第2期22卷 195-199,I0003页

作者：纪永刚张杰孟俊敏国家海洋局第一海洋研究所山东青岛266061

利用2005-2006年冬季辽东湾海冰双极化ENVISAT ASAR影像时间序列,分析了不同极化方式的ASAR影像对辽东湾海冰的探测能力,结果发现交叉极化图像由于其后向散射动态范围小,限制了其在辽东湾海冰分类中的应用。同时利用SAR图像,结合同步TM... 详细信息

利用2005-2006年冬季辽东湾海冰双极化ENVISAT ASAR影像时间序列,分析了不同极化方式的ASAR影像对辽东湾海冰的探测能力,结果发现交叉极化图像由于其后向散射动态范围小,限制了其在辽东湾海冰分类中的应用。同时利用SAR图像,结合同步TM数据,开展辽东湾海域不同类型海冰的电磁特性响应分析研究,指出SAR能较好识别固定冰、平整冰和碎冰堆积区,但在探测初生冰时并不可靠,其探测结果与海冰生长阶段以及海冰周围环境条件有关,同时由于受分辨率限制并不能识别莲叶冰等海冰类型。

关键词：辽东湾海冰 SAR 交叉极化海冰类型

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辽东湾海冰类型SAR响应分析

辽东湾海冰类型SAR响应分析

第二届微波遥感技术研讨会

作者：纪永刚张杰孟俊敏国家海洋局第一海洋研究所国家海洋局第一海洋研究所国家海洋局第一海洋研究所

我国渤海北部的辽东湾,是我国纬度最高的海区、海冰冰情最重的海区,而SAR可提供较高空间分辨率的海冰遥感图像,是海冰监测的理想观测手段。本文通过对2005-2006年冬季辽东湾海冰双极化ENVISAT ASAR图像时间序列的统计,分析了不同极化方... 详细信息

我国渤海北部的辽东湾,是我国纬度最高的海区、海冰冰情最重的海区,而SAR可提供较高空间分辨率的海冰遥感图像,是海冰监测的理想观测手段。本文通过对2005-2006年冬季辽东湾海冰双极化ENVISAT ASAR图像时间序列的统计,分析了不同极化方式的SAR图像对辽东湾海冰的探测能力,并利用SAR图像,结合同步TM数据开展辽东湾不同类型海冰的电磁特性响应分析研究。

关键词：辽东湾海冰 SAR 交叉极化海冰类型响应

来源： cnki会议评论

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多源卫星散射计极地海冰检测方法研究

多源卫星散射计极地海冰检测方法研究

作者：许昌敬南京信息工程大学

学位级别：硕士

极地海冰作为全球气候模型的重要输入源和气候变化的敏感指标,一直受到气候研究人员的关注。卫星散射计是极地海冰遥感的主要传感器之一,现有研究主要基于单个星载微波(C或Ku波段)散射计数据,而基于多源散射计测量值遥感海冰参数的研究... 详细信息

极地海冰作为全球气候模型的重要输入源和气候变化的敏感指标,一直受到气候研究人员的关注。卫星散射计是极地海冰遥感的主要传感器之一,现有研究主要基于单个星载微波(C或Ku波段)散射计数据,而基于多源散射计测量值遥感海冰参数的研究有待探索。本论文联合使用国内外同时期在轨运行的多个卫星散射计数据,包括欧洲Met Op系列卫星C波段ASCAT散射计、我国HY-2B卫星Ku波段散射计(HSCAT)和中法海洋卫星(CFOSAT)Ku波段散射计(CSCAT),开展极地海冰范围检测和北极海冰类型识别的方法研究,探讨联合使用多源卫星散射计在极地海冰检测研究方面的可行性。本论文基于多源卫星散射计数据选取了七个特征参量用于海冰范围检测研究,包括微波散射计水平和垂直极化后向散射系数(σ和σ)、水平和垂直极化后向散射系数的标准差(Δσ和σ)、极化比(σ/σ)、垂直极化后向散射系数对入射角的依赖性(K),以及C波段和Ku波段垂直极化后向散射系数的比值(命名为波段比(BR=σ/σ))。基于特征参量,采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)方法对海冰和海水进行分类,使用图像腐蚀/膨胀技术和区域生长方法对SVM方法分类结果进行修正以减少误判信息。通过与美国国家冰雪数据中心(National Snow and Ice Data Center,NSIDC)海冰密集度数据和Sentinel-1合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)影像进行对比验证,结果表明本论文方法得到的海冰面积更接近使用15%作为北极和南极NSIDC海冰密集度阈值计算的海冰面积,且其检测的边界与高分辨率SAR海冰边界较为吻合。此外,本论文分析表明半日时间分辨率的多源微波散射计数据在南北极覆盖率可达97%以上,并且采用相同SVM分类方法前提下基于半日和单日多源散射计数据得到的海冰面积非常接近。在北极海冰类型识别方面,使用的特征参量包括垂直极化后向散射系数σ、波段比和微波辐射计AMSR-2提供的亮温Tb。采用随机森林算法进行海冰类型分类,分类结果与NSIDC等数据源提供的海冰类型数据的相关系数均在0.78以上,且多年冰边界与基于SAR数据反演的高分辨率海冰类型图像产品展现的多年冰边界较为吻合。本论文联合应用了同期多源卫星散射计数据进行了极地海冰范围检测和海冰类型识别的方法研究,制作了2019-2021年每日极地海冰覆盖地图和2019-2022年11月至来年4月北极冬季时期每日海冰类型图,检测结果能够较为准确地展示这期间南北极海冰面积和海冰类型的变化特征。本论文研究丰富了现有基于微波散射计数据遥感海冰参数的方法,能够为构建长时间序列的基于多源卫星观测数据的海冰遥感产品提供一定的参考。

关键词：多源卫星散射计海冰范围海冰类型 SVM 随机森林

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结合凝聚层次聚类的极化SAR海冰分割

遥感学报 2013年第4期17卷 887-904页

作者：于波孟俊敏张晰纪永刚国家海洋局第一海洋研究所山东青岛266061

针对全极化高分辨率合成孔径雷达(SAR)多噪声的特点,选择合适的海冰SAR影像纹理特征量,并基于凝聚层次聚类的思想,提出一种全极化SAR海冰分割方法。将该方法的结果与K-Means、迭代自组织聚类(ISODATA)和模糊C均值算法等经典分割方法相比... 详细信息

针对全极化高分辨率合成孔径雷达(SAR)多噪声的特点,选择合适的海冰SAR影像纹理特征量,并基于凝聚层次聚类的思想,提出一种全极化SAR海冰分割方法。将该方法的结果与K-Means、迭代自组织聚类(ISODATA)和模糊C均值算法等经典分割方法相比较,发现该方法的碎斑明显减少,且分割结果较为准确,证明了该方法的有效性。

关键词：海冰类型全极化SAR 纹理特征凝聚层聚类分割算法辽东湾海冰

基于CryoSat-2卫星测高数据的北极海冰体积估算方法

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海洋学报 2017年第3期39卷 135-144页

作者：王蔓蔓柯长青邵珠德南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023 中国南海研究协同创新中心江苏南京210023

近30年来,北极海冰正发生着剧烈的变化。海冰体积是量化海冰变化的重要指标之一。本文以2015年CryoSat-2卫星测高数据和OSI SAF海冰类型产品为基础。提取了浮冰出水高度、积雪深度、海冰密集度、海冰类型等属性信息,通过数据内插、投影... 详细信息

近30年来,北极海冰正发生着剧烈的变化。海冰体积是量化海冰变化的重要指标之一。本文以2015年CryoSat-2卫星测高数据和OSI SAF海冰类型产品为基础。提取了浮冰出水高度、积雪深度、海冰密集度、海冰类型等属性信息,通过数据内插、投影变换、栅格转换、空间重采样等工作将海冰属性信息统一为25km×25km分辨率的栅格数据集。根据流体静力学平衡原理,逐个估算栅格像元对应的海冰厚度值,将其与对应的海冰面积相乘,估算了北极海冰密集度大于75%海域的海冰体积,并分析了海冰厚度和体积的月变化和季节变化特征。用NASA IceBridge海冰厚度产品对反演的海冰厚度进行验证。结果表明二者相关系数为0.72,有较高的一致性。北极海冰平均厚度春季最大,夏季最小,分别约为2.99m和1.77m,最厚的海冰集中在格陵兰沿岸北部和埃尔斯米尔半岛以北海域。多年冰平均厚度大于一年冰。冬季海冰体积最大,约为23.30×103 km3,经过夏季的融化,减少了近70%。一年冰体积季节波动较大,而多年冰体积相对稳定,季节变化不明显。

关键词： CryoSat-2 海冰类型积雪深度海冰厚度海冰体积北极

基于HY-1C/1D卫星的辽东湾海域海冰监测研究

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辽宁自然资源 2023年第2期 62-64页

作者：韩婷婷辽宁省自然资源卫星应用技术中心辽宁沈阳110034

利用HY-1C/1D卫星数据对辽东湾海域进行了海冰监测研究,包括海冰类型划分与选取、结合光谱特征和纹理特征的最优特征集选取,基于支持向量机分类方法进行海冰分类,并进行了变化规律和影响因素分析,极大提升了海冰监测空间尺度和范围尺度... 详细信息

利用HY-1C/1D卫星数据对辽东湾海域进行了海冰监测研究,包括海冰类型划分与选取、结合光谱特征和纹理特征的最优特征集选取,基于支持向量机分类方法进行海冰分类,并进行了变化规律和影响因素分析,极大提升了海冰监测空间尺度和范围尺度,丰富了海冰监测的形式,最终制作完成了多期海冰分类图件和海冰监测影像图件,满足海洋预警部门日常的预警预报工作。

关键词： HY-1C/1D 海冰类型最优特征集影响因素海冰分类

高分辨率全极化合成孔径雷达数据海冰二次分类方法研究

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海洋学报 2013年第4期35卷 80-87页

作者：刘眉洁戴永寿张杰任广波孟俊敏张晰中国石油大学(华东)信息与控制工程学院山东青岛266555 国家海洋局第一海洋研究所山东青岛266061 青岛大学物理科学学院山东青岛266071

随着高分辨率全极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像的大量出现,传统分类方法因所得分类结果中包含斑点噪声,导致分类精度大大降低,因而利用基于伴生关系的二次分类方法对辽东湾RADARSAT-2卫星的海冰SAR影像进行分类,... 详细信息

随着高分辨率全极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像的大量出现,传统分类方法因所得分类结果中包含斑点噪声,导致分类精度大大降低,因而利用基于伴生关系的二次分类方法对辽东湾RADARSAT-2卫星的海冰SAR影像进行分类,并将所得分类结果与专家解译分类结果和经典的基于H-α分解的Wishart监督分类结果进行对比,证明本方法可以消除斑点噪声的影响,同时具有较好的视觉效果和较高的分类精度。

关键词：高分辨率全极化海冰类型二次分类

雷达海冰监测系统与数值预报技术在辽东湾冰区作业中的应用

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大连海事大学学报 2005年第1期31卷 73-76页

作者：张勐林建国大连海事大学环境科学与工程学院辽宁大连116026

利用航海雷达在辽东湾冰区石油平台上,现场实时进行海冰观测;雷达监测海冰系统,针对海冰类型识别及对应冰厚度、流冰漂移速度、方向、冰边缘线等要素进行观测;应用统计模式分类法,对雷达观测的海冰数据进行分类、验证,其海冰分类识别结... 详细信息

利用航海雷达在辽东湾冰区石油平台上,现场实时进行海冰观测;雷达监测海冰系统,针对海冰类型识别及对应冰厚度、流冰漂移速度、方向、冰边缘线等要素进行观测;应用统计模式分类法,对雷达观测的海冰数据进行分类、验证,其海冰分类识别结果标准率达80%以上,同时开展现场流冰跟踪数值预报业务,检验了现场雷达海冰监测、数值预报的可行性和应用性.

关键词：辽东湾雷达海冰监测数值预报海冰类型冰漂流