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海底地形高次项对海面重力信息影响分析

武汉大学学报（信息科学版） 2021年第9期46卷 1328-1335页

作者：范雕李姗姗孟书宇邢志斌张驰冯进凯曲政豪信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001 32022部队湖北武汉430074 航天工程大学士官学校北京102206 32152部队河北石家庄050000

为了尽可能利用海面重力数据所含地形相关信息,提升依据重力数据反演海底地形结果质量,选择南中国海为试验海区,详细研讨了频率域不同阶次海底地形正演恢复海面重力异常和重力异常垂直梯度在不同海底地形环境下的影响。数值分析试验结... 详细信息

为了尽可能利用海面重力数据所含地形相关信息,提升依据重力数据反演海底地形结果质量,选择南中国海为试验海区,详细研讨了频率域不同阶次海底地形正演恢复海面重力异常和重力异常垂直梯度在不同海底地形环境下的影响。数值分析试验结果表明,一次项海底地形正演结果对重力信息贡献起主要作用,随着海底地形阶次的增加,相应阶次海底地形正演海面重力信息的幅度不断减弱;海底地形起伏剧烈且起伏幅度较大海区,高阶次海面重力异常和重力异常垂直梯度变化明显,而地形平坦海区正演的海面重力信息变化微弱;重力异常垂直梯度相比重力异常对海底地形高频部分更加敏感,在试验海区依据海面重力数据反演海底地形过程中,若输入数据源为重力异常,建议顾及至二次项海底地形,若输入数据源为重力异常垂直梯度,建议顾及至三次项或者四次项海底地形,从而尽可能利用海面重力数据所包含信息。

关键词：海底地形重力异常重力异常垂直梯度频率域高次项

基于空间域最小化目标函数的海底地形重力反演

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中国惯性技术学报 2023年第11期31卷 1113-1121,1131页

作者：樊驹张子山常昕琦朱学毅陈佳天津航海仪器研究所天津300131 西安电子科技大学通信学院西安710068

为获取高精度的海底地形地貌,提出了基于空间域最小化目标函数的海底地形重力反演方法。采用随机子抽样交叉验证法选取最优超参数来保证反演精度,设计了高精度空间域最小化目标函数海底地形反演流程。采用理论模型计算比较了不同超参数... 详细信息

为获取高精度的海底地形地貌,提出了基于空间域最小化目标函数的海底地形重力反演方法。采用随机子抽样交叉验证法选取最优超参数来保证反演精度,设计了高精度空间域最小化目标函数海底地形反演流程。采用理论模型计算比较了不同超参数取值策略对反演结果精度的影响,基于随机子抽样交叉验证法选取最优超参数取值策略的复杂海底地形反演计算平均相对误差为0.6456%,基于超参数固定值取值策略的复杂地形反演计算平均相对误差为17.2603%。最后,采用实测重力数据对南海某海域实际海底地形进行反演,反演结果平均相对误差小于5%,进一步验证了所提方法可有效获取高精度海底地形地貌。

关键词：重力数据空间域最小化目标函数海底地形

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全球海底地形精细建模进展与发展趋势

武汉大学学报（信息科学版） 2022年第10期47卷 1555-1567页

作者：孙和平李倩倩鲍李峰吴自银武凛中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室湖北武汉430077 中国科学院大学北京100049 国家海洋局海底科学重点实验室浙江杭州310012 国家海洋局第二海洋研究所浙江杭州310012

精细的海底地形模型在海底板块构造运动、水下载体航行保障、海洋资源勘探等方面具有重要作用。回顾国内外海底地形探测技术和模型构建的发展,讨论当前全球海底地形精细建模的研究现状和面临的主要挑战,总结今后全球海底地形精细建模的... 详细信息

精细的海底地形模型在海底板块构造运动、水下载体航行保障、海洋资源勘探等方面具有重要作用。回顾国内外海底地形探测技术和模型构建的发展,讨论当前全球海底地形精细建模的研究现状和面临的主要挑战,总结今后全球海底地形精细建模的发展趋势,认为基于卫星测高技术的海洋重力场反演仍是未来全球海底地形精细建模的主要技术手段,并且新体制测高卫星如双星跟飞测高和SWOT(surface water ocean topography)二维海面高测量任务将为进一步提升海洋重力场以及海底地形模型精度提供数据源,结合地形复杂度优化海底地形反演理论方法有望带来理论创新,探索人工智能技术用于海底地形精细建模值得关注。

关键词：海底地形卫星测高重力场反演多波束测深双星跟飞测高全球水深模型

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海底地形测量技术现状及发展趋势

测绘学报 2017年第10期46卷 1786-1794页

作者：赵建虎欧阳永忠王爱学武汉大学测绘学院湖北武汉430079 武汉大学海洋研究院湖北武汉430079 海军海洋测绘研究所天津300061

简要回顾了海底地形测量技术的发展历史;详细介绍了船基声呐、机载激光、海岸带一体化测量海底地形技术及3种反演海底地形技术,呈现了海底地形的立体、高效、高精度、高分辨率获取现状。并展望了海底地形测量发展趋势,认为研制超宽覆盖... 详细信息

简要回顾了海底地形测量技术的发展历史;详细介绍了船基声呐、机载激光、海岸带一体化测量海底地形技术及3种反演海底地形技术,呈现了海底地形的立体、高效、高精度、高分辨率获取现状。并展望了海底地形测量发展趋势,认为研制超宽覆盖、高精度、高分辨率、轻便型多波束测深系统和研究声速影响改正模型、测深数据滤波方法及海底地形表达是未来声呐测深领域的核心工作,无人船测量将会成为一种重要的作业模式,机载激光雷达测深、基于声呐图像的海底地形恢复及深拖测量发展潜力巨大。

关键词：海底地形立体测量高分辨率高精度现状发展趋势

改进的重力地质法及其在中国南海地区海底地形反演中的应用

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武汉大学学报（信息科学版） 2023年第6期48卷 891-901页

作者：许闯黎晋博吴云龙广东工业大学测绘工程系广东广州510006 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室湖北武汉430077 中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院湖北武汉430074

为进一步提高传统重力地质法(gravity-geologic method,GGM)反演海底地形的精度,顾及海底地形非线性项对GGM进行改进。采用改进的GGM反演了中国南海地区空间分辨率为1’×1’海底地形模型,并利用船测水深检核点对反演结果进行了精度评定... 详细信息

为进一步提高传统重力地质法(gravity-geologic method,GGM)反演海底地形的精度,顾及海底地形非线性项对GGM进行改进。采用改进的GGM反演了中国南海地区空间分辨率为1’×1’海底地形模型,并利用船测水深检核点对反演结果进行了精度评定,验证了所提方法的有效性。研究结果表明,忽略海底地形非线性项会在起伏约2 km的山区引起约50 mGal偏差;改进的GGM能有效地从短波重力异常中恢复海底地形的非线性项;获取的海底地形结果与ETOPO1、SIOV23.1及传统GGM反演模型相比具有最高的精度,与检核点差异的均方根为130.4 m;与传统GGM法反演结果相比,改进GGM获得的结果在黄岩海山链附近精度提高10.8 m,在中沙群岛附近精度提高4.7 m。

关键词：海底地形重力异常重力地质法非线性项

海洋卫星测高及其反演全球海洋重力场和海底地形模型研究进展

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测绘学报 2022年第6期51卷 923-934页

作者：孙中苗管斌翟振和欧阳明达地理信息工程国家重点实验室陕西西安710054 西安测绘研究所陕西西安710054

海洋卫星测高在全球和区域大地水准面建模、全球海洋重力场反演、海底地形探测、海平面变化监测、构造板块运动研究等大地测量领域至关重要。本文概述了海洋微波测高卫星的简要发展历程,重点梳理了卫星测高在全球海洋重力场和全球海底... 详细信息

海洋卫星测高在全球和区域大地水准面建模、全球海洋重力场反演、海底地形探测、海平面变化监测、构造板块运动研究等大地测量领域至关重要。本文概述了海洋微波测高卫星的简要发展历程,重点梳理了卫星测高在全球海洋重力场和全球海底地形建模方面取得的丰硕成果,对比分析了主流的海洋重力场和海底地形模型;介绍了合成孔径雷达高度计、Ka频段雷达高度计、合成孔径雷达干涉仪3种先进微波测高技术,并分析了其各自的优缺点,表明它们将在未来若干年呈并驱发展趋势;较为系统地阐述了海洋卫星测高的另一新型技术,即GNSS反射信号测量技术的研究动态,给出了GNSS-R(GNSS reflectometry)类(试验)卫星的发展脉络和发展前景。卫星测高的发展趋势之一是多颗测高卫星的组网观测,本文概括了曾经提出的和拟议中的若干组网测高计划,扼要介绍了由我国提出并正在实施的双星跟飞测高模式;最后指出了卫星测高发展的几个主要关注点,包括双星跟飞测高和SWOT(surface water ocean topography)任务的2维海面高(差)测量、卫星测高反演海底地形与高级地形激光高度计观测数据及遥感卫星图像的结合、星载GNSS-R厘米级海面高的载波相位测量、人工智能技术在卫星测高中的潜在应用等。

关键词：卫星测高海洋重力场海底地形微波雷达高度计 GNSS反射测量双星跟飞测量模式

基于最小二乘配置的陌生海域海底地形反演方法

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测绘学报 2023年第12期52卷 2039-2053页

作者：范雕李姗姗冯进凯黄炎范昊鹏张金辉李新星信息工程大学河南郑州450001 军事科学院国防科技创新研究院北京100071

针对目前在无船测水深数据支撑的陌生海域海底地形模型构建困难的现状,提出了可将船测水深数据和重力数据已知海区协方差函数统计结果迁移、推广并应用于与已知数据海区重力异常相似的船测水深数据空白的陌生海区,运用最小二乘配置方法... 详细信息

针对目前在无船测水深数据支撑的陌生海域海底地形模型构建困难的现状,提出了可将船测水深数据和重力数据已知海区协方差函数统计结果迁移、推广并应用于与已知数据海区重力异常相似的船测水深数据空白的陌生海区,运用最小二乘配置方法实现陌生海域海底地形模型构建。首先在西太平洋某1°×1°数据已知海区,依据最小二乘配置方法构建了相应的海底地形模型(BAT_LSC_1)。模型评估结果表明,BAT_LSC_1模型与导纳函数构建的海底地形模型检核精度相当,检核相对精度优于4%。海区重力异常作灰度化处理后,应用影像粗匹配和精匹配技术搜寻出与已知海区重力异常特征相似区域,迁移已知海区协方差统计结果应用于陌生海区,运用最小二乘配置方法构建陌生海区海底地形模型(BAT_LSC_2)。试验检核结果表明,BAT_LSC_2整体表现优于ETOPO1模型和应用导纳函数构建的海底地形模型,验证了本文方法思路的可行性和适用性。

关键词：海底地形卫星测高重力异常最小二乘配置协方差函数

机载LiDAR测深中海底地形坡度的影响及改正

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遥感学报 2022年第12期26卷 2642-2654页

作者：亓超宿殿鹏阳凡林马跃王贤昆杨安秀山东科技大学测绘与空间信息学院青岛266590 自然资源部海洋测绘重点实验室青岛266590 武汉大学电子信息学院武汉430072 自然资源部第二海洋研究所杭州310012

机载LiDAR测深ALB(Airborne LiDAR Bathymetry)是测量沿海地区地形图和水深图的最有效的技术之一,其通常是利用ALB海面和海底反射回波的峰值位置来计算水深值。然而,当绿色(532 nm)激光光束到达海底时,光斑范围内的具有坡度的海底地形... 详细信息

机载LiDAR测深ALB(Airborne LiDAR Bathymetry)是测量沿海地区地形图和水深图的最有效的技术之一,其通常是利用ALB海面和海底反射回波的峰值位置来计算水深值。然而,当绿色(532 nm)激光光束到达海底时,光斑范围内的具有坡度的海底地形会导致海底反射回波波形展宽、峰值位置偏移等现象,从而产生海底位置的不确定性,进而直接影响海底地形测量的准确性。为了减小这种影响,本文提出了一种机载LiDAR测深的海底地形坡度影响改正方法。通过考虑ALB激光光斑内海底地形的连续性,基于ALB激光光斑范围内局部地形参数模型FTPM(Footprint-scale Topography Parameters Model)构建ALB海底反射回波模型,通过定量分析不同水深、不同海底地形坡度所引起的海底反射回波峰值位置变化,以确定海底地形坡度对ALB测深的影响规律,进而构建ALB测深误差方程针对性地改正海底地形坡度引起的测深误差。本文采用中国南海甘泉岛附近海域所测ALB和多波束测深数据对所提方法进行了验证。结果表明,海底地形坡度影响改正后,平均绝对误差MAE(Mean Absolute Error)和中误差RMSE(Root Mean Square Error)分别减小到9.4 cm和12.3 cm,较改正前分别降低了35.6%和33.5%,对ALB测深数据处理具有参考意义。

关键词：遥感机载LiDAR测深海底地形海底坡度水深改正海底光斑

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利用卫星测高数据反演全球海底地形研究进展

吉林大学学报（地球科学版） 2023年第6期53卷 2029-2044页

作者：蒋涛姜笑郭金运张忠辉中国测绘科学研究院北京100830 山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 自然资源部第一大地测量队西安710054

高精度高分辨率全球海底地形模型是研究地球形状及内部结构的重要基础数据,在海底板块运动研究、海啸监测预警、深海资源勘探、海底工程建设、航海安全保障和海洋国土划界等方面具有重要价值。广袤而深邃的海洋使得人类精准测绘海底地... 详细信息

高精度高分辨率全球海底地形模型是研究地球形状及内部结构的重要基础数据,在海底板块运动研究、海啸监测预警、深海资源勘探、海底工程建设、航海安全保障和海洋国土划界等方面具有重要价值。广袤而深邃的海洋使得人类精准测绘海底地形面临艰巨挑战,由于卫星测高技术具备全球覆盖、高精度高分辨率和周期性重访海洋动态观测能力,已成为全球海底地形测绘的主要手段。本文概述了利用卫星测高数据反演全球海底地形的研究现状与最新进展,研究内容主要包括卫星测高数据反演海底地形的基本原理、主要卫星测高模式与任务、海洋重力场反演、海底地形反演方法及模型产品等。最后,展望了构建高精度动态全球海底地形模型的发展趋势,并从卫星测高数据、船测水深数据和海底地形反演技术等方面开展了可行性分析。

关键词：卫星测高海洋重力场海底地形导纳函数法线性回归法重力地质法