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基于测绘学角度探讨海岸线及其测定方法

海洋科学进展 2024年

作者：刘焱雄陈义兰杨龙高珊自然资源部第一海洋研究所自然资源部海洋测绘重点实验室

海岸线是陆海统筹基础地理信息的关键要素，其科学精准的确定对海岸带管理具有重要的意义。本文系统梳理了目前我国海岸线定义、分类以及测定方法，比对分析了传统痕迹海岸线测量和基于潮汐模型的海岸线测定的结果，并进一步讨论了我国... 详细信息

海岸线是陆海统筹基础地理信息的关键要素，其科学精准的确定对海岸带管理具有重要的意义。本文系统梳理了目前我国海岸线定义、分类以及测定方法，比对分析了传统痕迹海岸线测量和基于潮汐模型的海岸线测定的结果，并进一步讨论了我国海岸线定义、分类及界定存在的分歧和问题。基于我国海岸线测量存在的问题以及在理论和实践上的进步，建议海岸线定义为多年大潮平均高潮面与海岸交接形成的海陆分界线，建议基于测绘学的海岸线测定采用联合潮汐模型和DEM的确定方法。本文认为基于测绘学的海岸线定义和测定方法，能为我国提供基准统一、精确客观的海岸线。

关键词：测绘学海岸线平均大潮高潮线潮汐模型

顾及特征优选的机载LiDAR测深海底点云底质分类

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遥感学报 2023年第9期27卷 2219-2228页

作者：宿殿鹏黄昱阳凡林赵荻能杨安秀刘骄阳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 自然资源部第二海洋研究所自然资源部海底科学重点实验室杭州310012

基于机载LiDAR测深ALB(Airborne LiDAR Bathymetry)技术的海底底质分类能够为浅海水域的海洋资源开发利用、海洋环境保护、海洋工程建设等提供基础数据,对海洋活动与海洋科学研究具有重要意义。针对ALB海底底质分类存在的特征冗余问题,... 详细信息

基于机载LiDAR测深ALB(Airborne LiDAR Bathymetry)技术的海底底质分类能够为浅海水域的海洋资源开发利用、海洋环境保护、海洋工程建设等提供基础数据,对海洋活动与海洋科学研究具有重要意义。针对ALB海底底质分类存在的特征冗余问题,本文提出了一种顾及波形和地形特征优选的底质分类算法。在提取波形和地形特征的基础上,构建Relief-F特征优选模型,通过计算各特征在底质分类中的贡献率,实现多元特征优选;然后,利用随机森林RF(Random Forest)、支持向量机SVM(Support Vector Machine)、BP神经网络BPNN(Back Propagation Neural Network)3种分类器进行监督分类,提取珊瑚礁、砾石、砂、植被、海岸带5类底质。为验证所提分类方法的有效性,利用西沙甘泉岛实测ALB数据进行实验,结果表明:利用Relief-F算法进行特征优选后,RF、SVM与BPNN的分类精度分别提高了1.1%、1.1%和2.7%;其中,随机森林底质分类具有更高的分类精度,其总体分类精度OA(Overall Accuracy)和Kappa系数分别达到了95.36%和0.94。本文研究成果能够为海洋工程等领域的海底底质分类需求提供有效的技术支撑。

关键词：机载LiDAR测深底质分类波形特征地形特征 Relief-F特征优选模型图像处理海洋

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基于蚁群算法优化极限学习机的声学底质分类方法

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海洋通报 2024年

作者：丁德秋马丹陈帆樊妙邢喆唐秋华自然资源部海洋测绘重点实验室国家海洋信息中心自然资源部第一海洋研究所

海洋底质作为深海海底环境的重要组成部分，其类型及分布特征在深海资源开发利用和海洋工程建设中有着巨大的参考价值，是海洋测绘调查的一项重要内容，基于多波束测深系统采集强度数据的监督分类方法逐渐获得广泛应用。随着人工智能的... 详细信息

海洋底质作为深海海底环境的重要组成部分，其类型及分布特征在深海资源开发利用和海洋工程建设中有着巨大的参考价值，是海洋测绘调查的一项重要内容，基于多波束测深系统采集强度数据的监督分类方法逐渐获得广泛应用。随着人工智能的大力发展，神经网络在声学底质分类中得到广泛应用，极限学习机（extreme learning machine，ELM）权值和偏重不再需要迭代优化，是一种学习速度较快的神经网络。针对ELM神经网络中由于初始权值和偏重矩阵随机确定而导致ELM分类器鲁棒性差的问题，本文选取蚁群算法优化ELM神经网络的初始参数，构建了ACO-ELM神经网络分类模型，经多次迭代后，由于信息素的累积，蚂蚁种群不断向最优路径偏移，训练精度逐渐增高，模型逐步达到平稳。通过底质分类实验验证表明，BM3D+ACO-ELM分类器处理的多波束声呐图像斑点噪声得到了有效控制，在西南印度洋脊龙旂热液钙质软泥和硫化物混合区域，BM3D+ACO-ELM分类器相比于其它三种分类器具有明显优势，底质分类精度有了较大提高，其中硫化物分类精度为93.23%，深海钙质软泥分类精度为93.78%。

关键词：极限学习机反向散射强度底质分类蚁群算法图像滤波处理

顾及邻域地形复杂度的机载LiDAR测深同名点确定

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测绘科学 2022年

作者：郑一非杨安秀李劭禹闫豆豆于孝林宿殿鹏自然资源部海洋测绘重点实验室山东科技大学测绘与空间信息学院自然资源部海洋环境探测技术与应用重点实验室

针对机载LiDAR测深同名点难以确定的问题，本文提出一种顾及邻域地形复杂度的机载LiDAR测深同名点确定方法。首先利用LM（Levenberg-Marquarelt）算法构建海底趋势面模型以提取地形特征（坡度、曲率、粗糙度；其次基于三种海底地形特征...

针对机载LiDAR测深同名点难以确定的问题，本文提出一种顾及邻域地形复杂度的机载LiDAR测深同名点确定方法。首先利用LM（Levenberg-Marquarelt）算法构建海底趋势面模型以提取地形特征（坡度、曲率、粗糙度；其次基于三种海底地形特征构建邻域地形复杂度多指标模型实现海底同名点粗确定；最后结合同名点间距一致性原则与RANSAC算法剔除粗确定中的错误点对完成海底同名点精确定。实验结果表明：特征辨识率较低的海底平缓地形的同名点确定准确率为92.00%，海底复杂地形的同名点确定准确率达到97.45%，且数量充足可用于航带拼接等数据处理。所提方法可以有效解决浅水海域机载LiDAR测深同名点提取困难的问题，为进一步提升测深数据处理及应用提供有效的技术支撑和解决方案。

关键词：

西太平洋菲律宾海海山区微生物原位富集及其物种多样性分析

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应用海洋学学报 2024年

作者：朱栩莹夏静宇李丁曾令宇董纯明王丽萍邵宗泽自然资源部第三海洋研究所自然资源部海洋生物遗传资源重点实验室

为了研究海山区微生物对外源有机物输入的响应情况，更好认识海山区微生物多样性以及它们在深海碳循环中的作用，本研究以硫粉烷烃混合物（CS）、活性污泥（HX）、几丁质（JDZ）、D型天冬氨酸（D-Asp）、二甲基砜（DMSO2）、聚-β-羟丁... 详细信息

为了研究海山区微生物对外源有机物输入的响应情况，更好认识海山区微生物多样性以及它们在深海碳循环中的作用，本研究以硫粉烷烃混合物（CS）、活性污泥（HX）、几丁质（JDZ）、D型天冬氨酸（D-Asp）、二甲基砜（DMSO2）、聚-β-羟丁酸（PHB）等6种不同有机物为底物，通过深海水体原位定植培养系统，分别在西太平洋菲律宾海的海山山顶（2929 m）和山麓（4707 m）进行了为期10个月的微生物原位富集培养。结合高通量测序技术和分离培养方法，对深海原位富集样品进行了微生物多样性分析以及可培养微生物分离鉴定。16S r RNA基因高通量测序结果表明，6个样品共富集得到属于细菌域的15门27纲61目96科150属200种。不同底物富集样品的细菌物种组成差异较大，表明不同底物选择性富集了特定类群微生物。其中，硫粉烷烃混合物富集样品优势属包括Roseobacter＿clade＿NAC11-7＿lineage属、摩替亚氏菌属（Moritella）等；活性污泥富集样品优势属为假交替单胞菌属（Pseudoalteromonas）、Fusibacter属等；几丁质富集样品优势属为弧菌属（Vibrio）；二甲基砜富集样品优势属为假交替单胞菌属、鲁杰氏菌属（Ruegeria）等；D型天冬氨酸富集样品的优势种属为假交替单胞菌属；聚-β-羟丁酸富集样品优势种属为鲁杰氏菌属、Fusibacter属等。对6个原位富集样品进行平板分离培养，共分离鉴定得到277株可培养细菌，分属于5门8纲19目35科63属92种，其中潜在新种62株和潜在新科5株，表明菲律宾海海山环境蕴含了丰富多样的海洋微生物。它们在深海物质循环中的代谢机制和生态贡献还有待进一步研究。

关键词：海洋生物学菲律宾海海山深海原位富集微生物多样性

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三沙永乐龙洞的三维形态

海洋科学进展 2023年第2期41卷 273-282页

作者：陈义兰刘焱雄蔡吴旭杜军自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 自然资源部海洋测绘重点实验室山东青岛266590

三沙永乐龙洞是世界已知最深的海洋蓝洞,其三维几何参数和精细形态与蓝洞的形成和演化密切相关。2017年,采用ROV(Remote Operated Vehicle)和多波束系统对龙洞测量,获取了龙洞精细的水深和三维形态数据。本文利用获取的点云数据建立了... 详细信息

三沙永乐龙洞是世界已知最深的海洋蓝洞,其三维几何参数和精细形态与蓝洞的形成和演化密切相关。2017年,采用ROV(Remote Operated Vehicle)和多波束系统对龙洞测量,获取了龙洞精细的水深和三维形态数据。本文利用获取的点云数据建立了龙洞的精细三维模型,计算了龙洞的几何参数,展示和分析了龙洞的三维形态特征。龙洞底部基于当地10 a平均海面的水深为301.19 m,体积1 417 149 m3,表面积98 151 m2,其形态复杂曲折,洞体平面总体向东北方向展布,洞口中心点与洞底部尖角水平错位距离约118 m,整体上酷似一只“运动芭蕾舞鞋”。洞体在垂向上分为5层:洞体Ⅰ为洞口部分,呈现浅盘口状,坡度平缓;洞体Ⅱ和洞体Ⅲ呈现近似圆柱体,垂直下降,宽度均匀;洞体Ⅳ形态极为复杂,其体积最大,形态在90 m和158 m处出现2次北向转折;洞体Ⅴ向东北延伸,洞径逐渐收窄变小,形成碗形洞底,洞底平均宽度约36 m。洞体内壁凹凸不平,存在窝穴、突起、波纹、侧洞、横向沟槽、台阶、纵向断裂等小形态特征,展现了龙洞内部形态的复杂性。龙洞的整体复杂大形态和内部姿态各异的小形态特征为龙洞的演化和成因研究提供可靠证据。

关键词：三沙永乐龙洞点云建模几何参数三维形态

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面向多波束测深数据的双向布料模拟自动滤波算法

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武汉大学学报（信息科学版） 2022年第4期47卷 517-525,542页

作者：杨安秀吴自银阳凡林宿殿鹏冯成凯许方正山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 自然资源部海洋测绘重点实验室山东青岛266590 自然资源部第二海洋研究所海底科学重点实验室浙江杭州310012

针对现有多波束测深数据的滤波算法需要人工干预且难以实现自动滤波的问题,在布料模拟滤波基础上,提出了一种基于双向布料模拟(bidirectional cloth simulation filtering, BCSF)的多波束测深数据滤波算法。首先,基于二次曲面(Levenberg... 详细信息

针对现有多波束测深数据的滤波算法需要人工干预且难以实现自动滤波的问题,在布料模拟滤波基础上,提出了一种基于双向布料模拟(bidirectional cloth simulation filtering, BCSF)的多波束测深数据滤波算法。首先,基于二次曲面(Levenberg-Marquardt)算法拟合构建传递式迭代趋势面,消除海底负异常数据;然后,构建BCSF修正模型,确定最终海底滤波面,解决海底凹凸地形或具有成簇噪点的复杂海域地形容易产生的过度滤波问题;最后,对分类海底点与非海底点的距离阈值进行了自适应优化与估计,进一步提高BCSF滤波结果的准确性。将所提算法应用于实测多波束测深数据,实验结果表明,与布料模拟滤波相比,所提算法不仅克服了过度滤波的缺陷,而且实验区域的整体测试数据的噪点剔除率从12.87%下降到0.76%,局部测试数据的噪点剔除率从15.29%下降到1.09%;与基于不确定度理论的多波束测深滤波相比,所提算法更加简洁,易于技术实现,人工干预很少,保留了更多的地形细节,具有较好的鲁棒性和应用前景。

关键词：多波束测深双向布料模拟滤波传递式迭代趋势面自适应距离阈值多波束测深滤波

基于DPC算法的星载激光雷达数据去噪方法在水深测量中的应用

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海洋通报 2024年

作者：陈鲁宾李杰孟文君董志鹏唐秋华自然资源部海洋测绘重点实验室山东科技大学测绘与空间信息学院自然资源部第一海洋研究所

美国冰、云和陆地高程二号卫星（The Ice,Cloud,and Land Elevation Satellite-2, ICESat-2）是ICESat卫星的继任者，旨在监测地球的冰盖、冰川、海洋和陆地高程的变化等，其携带的地形激光高度计系统（ATLAS）发射532 nm波长的激光，... 详细信息

美国冰、云和陆地高程二号卫星（The Ice,Cloud,and Land Elevation Satellite-2, ICESat-2）是ICESat卫星的继任者，旨在监测地球的冰盖、冰川、海洋和陆地高程的变化等，其携带的地形激光高度计系统（ATLAS）发射532 nm波长的激光，具备一定的水体穿透能力。作为光子计数式激光雷达，ICESat-2的数据易受外界环境影响而接收到大量噪声光子，导致光子数据密度分布不均匀。本文提出了一种基于密度峰值聚类（Density Peak Clustering, DPC）算法的光子去噪方法，通过数据集的欧式距离计算局部密度作为点云数据的属性，采用基尼指数自适应选择最优截断距离，分别对日间和夜间数据进行多次实验，得出了两类数据的局部密度阈值参数。本文选取三处实验区域进行信号光子去噪分析，使用本文方法的去噪精度F值优于官方置信度标签去噪和传统密度聚类算法（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise, DBSCAN），可以应用于星载激光雷达数据去噪处理。最后，对去噪后的华光礁区域信号光子进行折射校正，与收集的DEM数据进行对比可见，结合本文去噪方法可以使用ICESat-2数据进行浅水域的水深测量。

关键词： ICESat-2卫星光子去噪水深测深 DPC算法基尼指数

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印度洋南赤道海域悬浮体分布及成因

海洋通报 2024年

作者：陈亮魏巍许欣谢安远吴燕华自然资源部海洋环境探测技术与应用重点实验室自然资源部南海调查中心 3. 自然资源部深圳海洋中心

开阔大洋悬浮体主要受表层浮游生物生长的影响，其浓度及组成反映了初级生产力的强弱及保存，是海洋碳储过程的重要组成部分。通过在印度洋南赤道海域开展悬浮体调查工作，获取了19个站位悬浮体浓度、现场激光粒度、叶绿素及温盐等数据... 详细信息

开阔大洋悬浮体主要受表层浮游生物生长的影响，其浓度及组成反映了初级生产力的强弱及保存，是海洋碳储过程的重要组成部分。通过在印度洋南赤道海域开展悬浮体调查工作，获取了19个站位悬浮体浓度、现场激光粒度、叶绿素及温盐等数据，同时还获取了部分站位有机碳氮及碳氮稳定同位素数据。分析后发现，该海域悬浮体浓度值多分布在0.14 mg·L-1～0.56 mg·L-1之间，浊度及现场激光粒度总体积浓度值也均较低。对各参数平面及剖面分布开展分析后，发现各参数平面分布差异性远小于剖面分布，温盐数据显示研究区海水存在层化现象。调查海域在南半球夏季存在明显的次表层叶绿素最大值层(SCM)，深度范围主要在25 m至75 m，叶绿素高值区达1.5 μg·L-1以上，SCM的分布主要受水体垂直混合作用影响。表层碳同位素(δ13C)负偏较强，表明上层有机质一定程度受到陆源的影响。50 m层颗粒总氮(PN)值最高，对应了除表层外最高的颗粒有机碳(POC)浓度，说明该处为光辐射及营养供给平衡点，生产力最高，δ15N及C/N比值的剖面变化表明氮N为生物作用的主要限制性因素。

关键词：悬浮体浓度有机碳氮次表层叶绿素最大值层印度洋