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[硕士论文] 李济然
工程力学 湖南大学 2016(学位年度)
摘要:近岸海域是人类活动重要区域。在这里,人类进行着各式各样的活动,例如捕鱼、开发海洋资源、旅游、军事活动等等。海底地形结构是近岸海域信息的重要组成部分,对于该信息的准确掌握有助于在近岸区域的军事登陆行动、钻井平台的安置和渔业的发展。然后,由于一些限航区域,例如敏感区域的近岸海域、暗礁较多的浅海,船只不方便进入,设置雷达又不方便,这些都导致了近岸海底地形探测的困难。而卫星遥感技术的问世为解决这一问题提供了有效手段。本文就是利用单幅高分辨率卫星遥感图像,并基于近岸海床和海水之间的流固耦合效应和线性频散关系,研究近岸海底地形的反演方法,并进行了实验验证。
  首先讨论了基于线性频散关系的海水和海床之间流固耦合效应,得到了波浪波长、波浪角频率和近岸海水水深之间的关系式。利用波浪角频率保持不变的特性,结合线性频散关系在深水区域的计算形式,通过对深水波浪波长的测量得到波浪角频率。波浪波长是直接从高分辨率卫星遥感图像中测量得到的。最后,近岸海水水深的反演就是将波浪角频率和测量得到波浪波长代入到线性频散关系的变形形式中计算得到。然后,通过对线性频散关系的变形式进行求导计算,得到了线性频散关系在反演近岸海底地形时的适用范围。并且通过工程试验,验证了线性频散关系在反演近岸海底地形中具有较高的准确性。
  其次,为了提高计算精度,减少计算时间,本文提出了基于线性频散关系的无角频率算法。无角频率算法是通过对线性频散关系的变形得到的,并且讨论了其数学表达式的数学物理意义。无角频率算法可以避免波浪角频率、重力加速度对计算精度的影响,并且利用简化的运算使计算时间大幅度缩减。通过模拟实验和工程实验,得到了较为精确的实验结果,说明无角频率算法可以准确快速的反演出近岸海底地形。
  最后,在两次工程实验中,都运用到了高分辨率卫星遥感图像。卫星遥感技术的发展,使近岸海底地形的探测不在受到地域的限制,可以轻易的探测地球上的任何表面地区。而高分辨率的卫星遥感图像,更是准确测量波长的前提。对于单幅高分辨率卫星遥感图像的使用,由于其成本低,拍摄要求低,更是反演海底地形中利用的典范。本文就是通过使用单幅卫星遥感图像,不需求其他辅助参数的情况,成功反演出了近岸海底地形,显示了该方法的实用价值。
[硕士论文] 付延光
大地测量学与测量工程 山东科技大学 2015(学位年度)
摘要:海洋垂直基准的精确确定是海洋测绘基本任务之一。卫星测高技术提供了一个观测海洋表面及其动态变化的新手段,为海洋垂直基准的建立提供了基础数据。
  南海属深边缘海,具有十分复杂的深海潮波规律性质。对南海垂直基准的研究工作与渤海、黄海、东海相比要少得多。其原因除了南海特殊的地理条件外,主要是因为南海的观测资料缺乏,而利用近20年T/P系列卫星测高资料和搜集的南海周边长期验潮站数据对南海垂直基准的研究具有比较实际的意义。
  本文的研究是在T/P系列卫星测高原始轨道、变轨轨道数据基础上进行的。研究了对T/P系列卫星测高数据在南海海域的正常点的计算,研究了利用调和分析法、响应分析法对沿迹点、交叉点处精确提取潮汐信息的分析,对验潮站逐时潮位数据调和分析,建立了南海海域13个主要分潮2.5'×2.5'的潮汐模型,同时给出了4个主要分潮的振幅、迟角分布图。并从交叉点对比、验潮站比较等多方面对本文所建模型进行精度分析,交叉点处分析结果表明,4个主要分潮振幅RMS能够保证在2cm之内,迟角RMS在6°之内,具有较高精度。
  在此海潮模型的基础上,根据南海周边国家深度基准面的情况,建立平均低低潮深度基准面模型、理论最低潮面深度基准面模型,并对模型精度进行分析,分析结果表明,两基准面模型中误差分别能够在2cm、5cm之内,此模型的初步研究有助于实现海图的无缝连接。
[硕士论文] 刘风玲
计算机技术 上海海洋大学 2015(学位年度)
摘要:全球卫星定位系统(Global Positioning System,简称GPS)是一种利用GPS定位卫星在全球范围内进行授时、精准定位、准确导航的系统并能够提供高稳定连续的电磁波信号。当连续的GPS信号碰到地球表面时,会从单个表面发生伪随机的散射,从而与表面本身产生复杂的相互作用,并且单个反射信号分量之间严重混合,其信号幅度、码相位、载波相位等信息均发生变化。如果不考虑信号与反射面的相互作用,信号延迟和多普勒频移都可以在反射面准确映射,据此可以反演出反射面的物理参数信息,此种技术称之为GPS反射信号技术。由于此项技术具有信号源多、成本低、高覆盖面、全天候、低成本等特点,近些年成为国内外的研究热点,可广泛用于海面高度测量、海面风速风向反演、海面有效波高测量、海冰厚度以及密集度测量、土壤湿度检测和目标成像等诸多领域。
  GPS反射信号探测技术(GPS-R)反演海面高度主要有两种方法,一种是利用直接信号和反射信号的C/A码延迟来测量海面高度,另一种利用载波相位延迟来测量海面高度。利用码延迟来测高的方法因为 C/A码片宽度较宽(300 m),容易被获取而适用于地基、机载和星载等实验场景,载波延迟测高中由于载波波长较短(19c m)导致不容易跟踪,因而限于地基实验。本文介绍了C/A码相位延迟测高地基实验与载波延迟测高地基实验的实验设置,数据分析及潜在应用。
  本文的主要研究内容如下:
  1.详细介绍了GPS信号组成、电磁波特性以及其反射性质;分析了GPS反射信号技术的基本原理;结合GPS直射信号与反射信号的跟踪捕获原理,介绍了GPS信号相关功率的计算;
  2.对两种反射面(①假设地球表面为水平,不考虑地球曲率;②采用球形地球模型)上的GPS反射信号高度反演模型进行公式推导。对两种GPS反射信号测高方法进行介绍,提出了湖面椭球高的计算模型;针对载波相位测高中直射信号与反射信号载波相位差的问题,提出对反射信号的开环跟踪处理,旨在解决由于反射面粗糙带来的载波相位不连续的问题。
  3.以GPS反射信号地基实验为载体分析了两种常用测高方法的实验过程中信号处理过程与数据分析过程。C/A码延迟地基实验中,计算了湖面椭球高,对其中可能的误差做出分析,并在数据分析过程中予以抑制和消除;载波相位延迟测高地基实验中,利用开环跟踪对GPS反射信号进行处理,得到4.连续的载波相位差,解决了由于信号中周跳的出现带来的载波相位损失;对两种地基实验测高方法的区别与联系进行了对比分析,对以后的发展方向做出预测。
[硕士论文] 杨雪
测试计量技术及仪器 大连理工大学 2015(学位年度)
摘要:围填海带来的环境影响不断累积,负面效应日益凸显,利用科学有效的技术手段对其进行监测是围填海规划与监管的重要基础。遥感技术以其快速、准确的大范围观测能力成为围填海监测的有力手段,但是由于遥感影像存在严重的光谱混叠、光谱漂移等现象,导致目前遥感影像解译的自动化程度不高,制约着遥感影像在围填海动态监测中的应用。因此,迫切需要对遥感影像的自动信息提取技术进行探索,这对提高围填海动态监测的准确度与时效性具有重大意义。
  本文立足于围填海动态监测需求,从遥感影像数据特点出发,主要对围填海遥感影像的信息提取技术进行了边缘检测及迁移分类两方面研究。首先,针对遥感影像光谱混叠现象造成地物图斑破碎化的问题,本文指出可以利用边缘特征对光谱信息进行补充。由于遥感影像包含复杂的地表信息,边缘检测易受虚假边缘影响,为此本文提出一种基于元胞极限学习机的遥感影像边缘检测算法,将极限学习机嵌入到元胞自动机空间模型中,快速挖掘光谱与边缘间的最优局部转换规则,从而降低边缘虚警率。其次,针对多时相遥感影像光谱漂移问题,提出基于极限学习机的迁移学习遥感影像分类算法,利用多领域样本加权策略,以域参数正则化形式提高模型对高分辨率影像的域适应能力。在此基础上,提出基于改进贝叶斯ARTMAP的迁移学习算法,利用可塑性网络自适应建模能力,摆脱大场景遥感影像同物异谱现象对迁移学习的制约,以网络参数期望最大化形式建立遥感样本的重复利用策略。在遥感影像实验中,本文所提方法能有效增强围填海地物边缘信息的提取能力,改善有限目标样本下影像分类精度,提高围填海多时相遥感监测的时效性。最后,利用本文算法提取1987-2014年辽河口湿地遥感影像土地利用/土地覆盖类别信息及变化信息,分析围填海状态变化对生态服务功能产生的影响,为分析研究围填海活动的环境效应提供参考。
[硕士论文] 史长安
测绘工程 山东科技大学 2015(学位年度)
摘要:海流是重要的海洋物理现象,对海洋中多种物理过程、化学过程、生物过程、地质过程,以及海洋上空气候和天气的形成,具有重要影响和制约作用。在海洋流场模拟方面,非结构有限体积近岸海洋模型(FVCOM)综合了有限元和有限差分的优点,既可以像有限元一样精确拟合浅海复杂岸界,又便于离散差分原始动力学方程组,计算效率高。FVCOM非结构网格数据量大,用原始数据进行流场表达,不仅需要非常高的计算机性能,而且存在要素相互压盖的问题,不利于海洋要素特征提取。为了解决FVCOM网格流场数据表达中存在的问题,需要进行海洋非结构网格流场多尺度表达的研究。
  传统的多尺度表达多集中在陆地地形或者三维模型上面,并没有专门针对海洋非结构网格流场的多尺度表达方法。本文中通过借鉴陆地地形和三维模型多层次构建方法,提出了基于四叉树的海洋非结构网格流场多尺度表达方法和基于邻近点删除的海洋非结构网格流场多尺度表达方法,并对两种方法进行了可用性评价。主要研究内容如下:
  (1)非结构有限体积近岸海洋模型:介绍了非结构有限体积近岸海洋模型使用的有限体积法、控制方程、区域划分方法,并对该模型的标准输入输出格式NetCDF文件的数据内容、数据模型、数据特点进行了分析。
  (2)基于四叉树的非结构网格流场多尺度表达:利用四叉树构建海洋非结构网格流场多尺度表达层次结构,各层次结构不同程度的保留了原始网格流场的空间分布特征。多层次结构构建过程包括四叉树划分和散点三角化两个过程,过程中的关键步骤有四又树分割、获得数据角点、提取网格边界以及剔除多余三角形。
  (3)基于邻近点删除的非结构网格流场多尺度表达:针对基于四叉树的流场多尺度表达中不能保持流场网格疏密分布特征以及FVCOM网格特征的问题,本文基于空间自相关原理,提出了基于邻近点删除算法的海洋非结构网格流场多尺度表达方法。利用邻近点删除算法构建的多层次结构,既可以保持原始网格疏密分布特征,又可以较好的维持FVCOM三角网格形态。
  (4)可用性评价:采用问卷调查法对不同多尺度表达构建方法进行可用性评价,并收集了参与人员提出的意见或建议,为下一步研究工作指明了方向。
[硕士论文] 权颖
测绘工程 山东科技大学 2015(学位年度)
摘要:日本海是西北太平洋上最大的边缘海,位于大约33°N至52°N,127°E至142°E之间。日本海纬度较高,但已有研究表明该海域有内波分布。本文基于光学、微波三种卫星遥感数据(MODIS、ENVISAT ASAR、GF-1)对日本海的内波时空分布特征及其成因进行了较全面的分析与研究。
  本文介绍了内波遥感成像的机理,包括可见光海洋内波成像机理和SAR海洋内波成像机理。基于收集到的2010年至2014年间的1200余景日本海海域的卫星遥感数据,从中筛选出了170景含有内波的图像,捕获到了212个内波波包,提取了内波的位置、波向、波峰线长度和波长等参数信息,对日本海内波的空间分布特征、时间分布特征和传播方向等进行了分析。
  研究结果表明,不仅在陆架区域观测到了内波,在深海区也观测到了数量较多的内波。按照日本海内波的发生位置和传播方向等特性将日本海划分为了三个区域:区域一的范围主要包括对马海峡北海口及其向东偏北延伸,33°N至41°N,128°E至135°E;区域二的范围主要包括津轻海峡及其西偏南部,39°E至44°E,136°N至142°N;区域三即为日本海其他海域。三个区域内波发生有各自的特点,本文重点对区域一和区域二的内波进行研究。
  日本海内波的时间分布上,按照季节划分,在春季、夏季、秋季都能观测到内波的发生,冬季没有观测到内波的发生。按照月份划分,7月和8月观测到的内波发生天数最多,6月和9月次之。
  区域一和区域二内波的发生主要集中在6月至9月,一年内波发生的时间只有几十天,但是有内波发生的天数内往往可以观测到较多的内波波包。区域一的内波主要沿着东偏北方向传播,内波的波峰线长度主要在60-120km之间,内波波长主要在400-1000m之间。区域二的内波主要沿着西偏南方向传播,内波的波峰线长度主要在60-100km之间,内波波长主要在800-1000m之间。
  日本海内波的生成主要受地形、温跃层、潮汐、对马暖流和北部环流等环境条件的影响。区域一内波的发生主要是潮汐、对马暖流和地形共同作用的结果,其激发源可能在韩国东南部沿岸和日本本州岛西岸的近岸区域。区域二内波的发生主要是潮汐、潮流和地形共同作用的结果。
[硕士论文] 张阳
控制工程 北京化工大学 2015(学位年度)
摘要:目前,北斗卫星反射信号被广泛应用于海面高度测量、海风海浪反演、海冰探测以及土壤湿度检测等多个领域。北斗GEO卫星相对于地面的角度变化范围很小,可以提供稳定的几何关系,同时对中低纬度地区有很好的覆盖能力,因此可以用来进行近海海域的测高,增强对海洋恶劣天气的预警能力,服务于海洋防灾减灾。
  本文对基于北斗卫星反射信号的海面高度测量方法进行了探索与研究,主要包括以下几个内容:
  首先,推导了利用北斗卫星反射信号测量海面高度过程中忽略地球曲率影响的条件,从而简化了测高几何关系。通过对卫星运动模型和海洋散射延迟模型的分析,构建了相应的北斗卫星反射信号测高模型,并分析了影响测高模型的误差来源,找到减小误差的方法。
  其次,研究了微弱卫星信号的接收与处理方法,验证了利用相关功率前沿突变点进行码相位延迟测高的方法可以提高测量精度,并分析了影响测高精度的不同因素。在Matlab仿真环境下,开发了直射信号捕获跟踪、反射信号相关处理以及海面高度反演算法的处理程序,并利用实际测量数据进行了验证。
  最后,在完成海面高度测量模型和码相位延迟测高方法的研究基础上,使用C++语言在Visual Studio2008环境下,设计并实现了海面高度测量软件系统。并基于设计的北斗卫星反射信号海面高度测量软件系统,搭建测试平台,采集并处理实验数据,验证了软件的可用性及稳定性。
[博士论文] 鲁东
通信与信息系统 哈尔滨工程大学 2015(学位年度)
摘要:多波束测深声纳是当代海底地形勘测的重要设备之一。随着现代科学技术的不断进步,浅水多波束测深声纳技术和设备也不断发展与完善,并广泛应用于海底管道检测、海底电缆铺设、海洋工程测量、海底资源勘测、海底沉物探测、水下环境调查、水库库容测量、电站大坝监测、堤防监测以及指导港口与航道疏浚、水上安全航行等国防和国民经济建设领域。结合当前国内外浅水多波束测深声纳设备及技术的发展趋势和国内发展的实际需求,为进一步提高浅水多波束测深声纳的综合性能,本文围绕宽覆盖高分辨测深技术、多波束近场聚焦技术、Multi-Ping与横摇稳定技术和海底地形稳健检测技术等四个方面展开研究,主要内容如下:
  第一,研究基于脉冲压缩的宽覆盖高分辨多波束测深技术。一方面,引入线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号脉冲压缩技术后,高的旁瓣电平导致相干测深法中两个子阵信号的相干损失,为减少相干损失,提出了可变窗函数的LFM多波束回波信号脉冲压缩方法。另一方面,针对LFM信号脉冲压缩运算量较大的问题,研究了编码信号的自相关旁瓣特性,并利用编码信号脉冲压缩的低运算量特点,提出了基于低自相关旁瓣编码的高分辨多波束测深技术。为进一步降低运算量,提出了基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)的编码信号快速脉冲压缩结构。分别以常规连续波(Continuous-Wave,CW)窄脉冲、LFM和低自相关旁瓣编码为探测信号进行仿真分析和湖上试验,结果表明:LFM和低自相关旁瓣编码相对CW窄脉冲在测深质量上有质的提升;可变窗函数的LFM多波束回波信号脉冲压缩方法减少了各波束的相干损失,降低了信噪比损失,提高了距离分辨力,提高了海底地形的测深质量;以低自相关旁瓣编码信号为探测信号时,脉冲压缩更容易实时运算,利于工程实现,可广泛应用在低成本声纳中。
  第二,研究多波束近场聚焦技术。一方面,针对浅水多波束近场测深中发射未聚焦和单焦点发射聚焦导致航迹向分辨力下降问题,提出了基于 Kasami编码的浅水多波束近场多焦点发射聚焦方法。首先讨论了单焦点聚焦原理,并引入具有优越相关性的Kasami编码信号来解决多个焦点信号间的相互干扰问题;其次推导了其发射和接收原理;然后对发射未聚焦、单焦点聚焦和多焦点聚焦等三种情况进行了仿真对比,结果表明多焦点聚焦方法具有更窄的发射波束宽度和更高的积分旁瓣比(Integrated Side Lobe Ratio,ISLR);最后进行了水池试验验证,表明本方法显著提高了浅水多波束近场测深的航迹向分辨力。另一方面,针对常规多波束测深声纳接收信号处理中采用远场近似模型,导致近场接收波束形成的分辨力急剧下降的问题,研究了基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成(Real-Time DynamicFocused Beam-forming,RT-DFBF)方法。首先讨论了相移聚焦波束形成的基本原理,论证了利用其解决近场动态聚焦波束形成的可行性;其次深入分析了算法中各步骤运算的实时性,并在计算精度和实时性之间做合理折衷;然后提出了一种基于FPGA的实时处理结构;最后通过水池试验验证了该方法的实时性、有效性和实用性。
  第三,研究Multi-Ping与横摇稳定技术。一方面,在常规多波束测深中,针对远距离目标回波信号未到达接收基阵时不能再次发射探测信号而导致测深帧率下降的问题,提出了基于Kasami编码的浅水多波束Multi-Ping测深方法。首先讨论了频分复用Multi-Ping测深方法、基于Kasami编码的并行和串行Multi-Ping测深方法的基本原理。然后通过仿真分析,对比了三种方法的条带间干扰和测深分辨力的性能,结果表明基于Kasami编码的串行Multi-Ping测深方法具有条带间干扰较低,且具有较高测深分辨力的特点。最后进行了水池试验验证,表明该方法在保证测深分辨力的情况下,可有效的提高测量帧率,进而提高测量效率。另一方面,横摇角度的不断变化,使单条测线中的覆盖线左右不均匀,使测线间需要较高的交叠率,从而降低了测量效率。针对此问题,提出了基于FPGA的实时横摇稳定方法。首先研究了实时横摇稳定的基本原理,并分析了算法中各步骤运算的实时性。然后提出了一种FPGA实时计算结构,并将其应用到浅水宽覆盖多波束测深声纳中进行了实时性验证。最后利用松花湖现场横摇数据进行了效率验证,结果表明该技术能根据横摇角度的变化,实时补偿覆盖线的偏离,使覆盖线左右均匀,确保了测线的有效覆盖宽度,提高了测量效率。
  第四,研究海底地形稳健检测技术。一方面,针对“隧道效应”导致虚假地形的问题,提出了基于有序统计恒虚警概率(Order-Statistics Constant False Alarm Rate,OS-CFAR)的隧道效应消除技术和局部均值二分k搜索法(Local Mean Dichotomy K-FINDER,LMD-K-FINDER)。首先研究了OS-CFAR和隧道效应的消除原理。其次研究了k搜索法(K-FINDER)、LMD-K-FINDER原理和LMD-K-FINDER在宽松k条件和滑动条件下的快速计算方法。然后,通过仿真研究,表明该方法不仅能有效消除“隧道效应”,而且比同类快速方法有着更快的计算速度。最后通过湖上和海上试验数据验证分析,结果表明该方法有效的避免了因“隧道效应”产生的虚假地形,同时具有较低的运算量。另一方面,在常规检测方法中,水体中各非海底目标回波会导致测深异常值的出现,进而导致虚假地形。针对此问题,提出了基于方向预测的帧内地形跟踪方法。首先研究了帧内地形跟踪起点的搜索技术和基于方向预测的地形跟踪技术。然后通过仿真分析表明,合理利用了地形连续性、信干比(Signal to Interference Radio,SIR)和幅度等信息,并采用了方向预测技术,使得帧内地形跟踪方法总体较为稳健。利用其跟踪轨迹设置合理时间窗,可有效减少常规WMT(Weight Mean Time)和相干测深法受水体非地形目标干扰而产生的异常值。最后通过湖上和海上试验数据验证,结果表明:该方法对常规水体目标干扰有较好的地形跟踪能力;该方法实施过程中不需要上下门限信息,使得该方法尽可能少的依赖操作员,有一定的自动性;该方法不需要前帧的数据信息,可降低帧间测深信息的依赖度,当遭遇极端地形导致错误帧后,能迅速重新跟踪,不受前帧错误地形的影响。
[博士论文] 翟振和
大地测量学与测量工程 解放军信息工程大学;中国人民解放军信息工程大学 2015(学位年度)
摘要:本文深入研究了海洋测高卫星的国内外发展现状,针对海洋测高卫星数据处理理论和应用方法,分析了取得的成果和存在的问题。对海洋测高卫星数据处理及应用所涉及到的误差改正、波形重跟踪、海洋重力场和海底地形反演、卫星运行模式、大地水准面及其重力位确定等问题进行了深入研究和分析。
  本研究主要内容包括:⑴通过理论分析,将卫星测高数据中电离层误差改正的经典公式改进为包含原始星地观测值、波形重跟踪及海况偏差三个元素的双频改正公式,通过 Jason-2卫星区域数据的计算表明,波形重跟踪对电离层改正的影响在8cm量级,海况偏差对电离层改正的影响在3mm量级。以Jason-2卫星、Jason-1卫星重复轨道数据为例对干对流层误差,湿对流层误差,电离层误差,海况偏差改正,固体潮改正,极潮改正,海潮改正,逆气压改正,海面高高频起伏改正九项误差进行了计算分析,获得了各项误差在空间的变化特征,特别是分析表明在空间短距离上各项误差改正值表现出较强的系统误差特征。⑵深入分析了海面高数据系统误差的处理方法,针对GNSS浮标标定海面高系统误差问题,构建了顾及海面随机信号特征的海面高绝对定标的平差解算模型。利用2014年我国黄海区域GNSS浮标标定HY-2卫星试验数据进行了平差试验,计算获得了海面高数据的系统偏差为-0.145m。⑶独立并详细推导获得了BROWN模型中时间偏移、合成上升时间、信号幅度、热噪声、偏天底点角五个波形参数的最小二乘估计具体公式,这些公式为基于BROWN模型的波形重跟踪算法的工程实现提供了理论支持。利用仿真和Jason2、HY-2实测数据对BROWN模型、OCOG算法、阈值法等算法进行了波形重跟踪试验,获得了在我国四大海域的重跟踪结果。与国际、国内权威机构结果比较表明,阈值法中阈值为50%的重跟踪结果在我国海域的表现最好,本文基于BROWN模型的波形重跟踪算法精度与法国空间局算法精度保持一致。⑷研究获得了合成孔径雷达高度计的回波特征和基本回波模型,推导获得合成孔径雷达高度计波形关于时间偏移、合成上升时间、信号幅度三个参数的卷积计算公式,利用数值积分及傅里叶变换实现了合成孔径高度计回波模型的重跟踪。利用国内自主获取的合成孔径高度计仿真数据进行了计算试验,结果表明在20Hz数据条件下,合成孔径模式下的重跟踪精度要比传统模式高约1.4倍。利用波形重跟踪技术在我国沿海区域进行分析表明,传统雷达高度计在靠近沿海区域有将近7km的波形数据是不可用的。⑸从经典边值问题理论及球谐函数理论出发推导获得了垂线偏差计算径向扰动重力的解析计算公式,利用该公式并结合已有的垂线偏差与扰动重力水平分量的公式可获得海洋区域的三维矢量扰动重力。针对传统FFT算法存在的混叠、边缘效应等问题,在前人工作基础上优化了海洋扰动重力在全球和局部区域的精确快速算法,利用该算法,海洋扰动重力的计算速度相比较解析方法提高约20倍,计算精度相当,且对观测数据的序列长度没有硬性要求,使得该方法的应用更加灵活。利用上述算法,分别利用ERS-1、Jason-1卫星及其组合的大地测量任务数据开展海洋重力场反演试验。与船测重力数据比较表明,单独使用Jason-1卫星数据反演的重力异常精度最好,其中在我国南海区域重力异常精度达到7.15mGal。利用Jason-1卫星1Hz大地测量数据反演获得北半球海域3′分辨率的扰动重力。⑹在分析现有海底地形反演方法基础上,利用物理大地测量的基础理论推导获得了简化的的重力异常、扰动重力反演海底地形的解析公式,这些公式表明扰动重力反演海底地形相比重力异常而言更为简单。为了进行实际计算提出了扰动重力反演海底地形的迭代线性化解法。利用Jason-1卫星反演的扰动重力数据及迭代线性化解法在我国南海区域开展了海底地形反演试验,试验表明该方法获得的海底地形相对精度达到6%。⑺深入研究了卫星测高数据与重力异常之间的误差传播关系,推导获得了海面高、垂线偏差反演重力异常的误差传播公式并构建了新的重力异常阶方差模型-TSD模型。利用误差传播公式、TSD模型和仿真计算分别获得了不同分辨率、不同精度海面高、垂线偏差反演重力异常的精度指标,为海洋测高卫星总体技术指标的论证提供了重要参考。⑻根据海洋测高卫星发展需求设计了单星、双星对称、双星串飞、四星组网共4种卫星运行模式。理论分析表明,双星串飞模式在相同时间内获得的重力异常反演精度最高,该模式下5年时间理论上可得到1′分辨率、1.7mGal精度重力场产品。利用Jason-2卫星地面轨迹数据并结合 Google Earth软件获得了海洋测高卫星地面轨迹漂移的参考数值为500m,为测高卫星轨道设计提供了量化依据。⑼研究分析了Hotine公式和Stokes公式计算大地水准面核函数的具体差别,通过误差传播分析,Hotine公式精度整体上比Stokes公式精度略优2mm。利用迭代求导法推导了解析延拓高阶解的具体公式并与经典递推方法进行了比较分析,分析表明,解析延拓的经典递推求解方法实际上是忽略小项的近似,且其高阶解在形式上等价于求解重力数据的高阶导数。在第二大地边值问题理论框架下,利用Jason-1卫星数据反演的扰动重力按照2阶解析延拓解计算获得了北半球海域的大地水准面。⑽深入论述了大地水准面重力位的作用和意义,构建了确定大地水准面重力位的两种方法即重力位差法和延拓法。利用波罗的海水准测量工程数据开展了局部区域大地水准面重力位确定试验,获得了波罗的海区域大地水准面重力位数值(62636857.23±0.48 m2/s2)。利用全球平均海面模型-DNSC08MSS、全球海面地形模型-DNSC08MDT、全球海洋重力场-DNSC08GRA以及 EGM2008重力场模型开展了确定大地水准面重力位W0的实验,利用两种方法分别给出了大地水准面重力位的具体数值分别为62636857.28±0.32m2/s2和62636857.83±0.31m2/s2。⑾根据论文研究的理论成果,基于Visual Studio2010和Matlab2007软件平台,编写了相应的应用程序,这些程序涵盖了测高数据处理及应用的大部分内容,为海洋测高技术的工程实现与应用提供了重要支持。
[博士论文] 于盛齐
水声工程 哈尔滨工程大学 2014(学位年度)
摘要:海底作为海洋波导声传播的重要边界,可靠的声传播模型和匹配场声源定位都需要已知有关海底的声学特性。然而,大范围的海底参数通常难以直接测量,并且需要付出相当高的代价。目前,利用声场测量数据来估计海底参数的声学反演方法已成为海底遥测的有效手段,并具有广阔的应用前景。
  海底声散射是声波与海底相互作用的结果,势必携带有关海底的信息,因此本文在构建反向散射强度正演模型的基础上,利用实验室环境条件下测得的水池底部沙质沉积物反向散射强度数据,开展了基于反向散射强度的海底参数反演方法的研究与验证。与传统的基于声传播模型的匹配场反演方法相比,该方法的优势在于算法简单,易于实现,能够获得更为全面的海底信息。
  在正演模型中,将海底沉积物视为由固体框架和孔隙水组成的双相系统,由基于Biot理论简化得到的等效密度流体模型(EDFM,有时也称为等效密度流体近似)来描述,适用于泥(包括粘土和粉砂)或细沙等软质沉积物,其中等效密度为一个与频率有关的复数;考虑海底表面粗糙散射和沉积物内部不均匀性引起的体积散射,分别采用复合粗糙散射模型和微扰流体近似体积散射模型;考虑沉积物的频散特性,声速频散和衰减的频率依赖关系由反演出的沉积物物理参数结合EDFM计算得到。因此,正演模型由10个模型参数组成,声速和衰减(以沉积物/海水声速比和损失参数形式给出)作为间接反演参数。
  在高斯数据误差的假设下,本文基于似然函数建立目标函数,用以衡量反向散射强度测量值与模型预报值的失配。一方面,为了求解目标函数的最优解,采用一种基于差分进化算法和粒子群算法的两级混合优化算法,以克服单一算法的缺点,有效提高反演结果的精度。另一方面,为了分析反演参数的不确定性和参数间的相关性,采用Bayesian反演方法,通过后验概率密度给出反演参数的边缘概率分布和协方差矩阵。仿真研究表明,这种间接反演地声参数(包括声速和衰减,以沉积物/海水声速比和损失参数的形式给出)的方法,对地声参数的反演表现出较强的稳健性,特别是损失参数也能够得到令人满意的估计结果。
  最后,根据实验测得的反向散射强度数据对池底沙质沉积物参数进行了反演,通过与取样测得的沙样品参数的比较来验证反演结果的可靠性。测量的沙样品参数包括:孔隙度、平均颗粒粒度、颗粒质量密度、高频段声速和衰减系数。在对沙质沉积物中声速和衰减系数进行取样测量时(频率范围90kHz-170kHz),提出一种基于脉冲压缩技术的宽带测量方法,通过一次测量即可获得测量频带内沉积物中声速频散和衰减的频率依赖关系。与窄带测量结果的比较可以发现,声速和衰减系数的宽带测量结果存在一定的起伏,特别是衰减系数在测量频带的后半部分与窄带测量结果的偏差较大,这一现象可能是实验中所采用的宽带信号时延分辨率偏低,直达波对应的相关峰与邻近多途有所叠加的结果。相比于仿真结果,根据实验数据得到的反演参数不确定性有所增大,部分参数间的相关性进一步减弱,这是数据误差总体上大于仿真情况的结果。相比于取样测量结果,反演得到的孔隙度偏小,而高频段声速偏大,除数据误差的影响外,在取样、搬运和测量过程中,沉积物的堆积状态难免发生改变,致使实测的沉积物物理参数和地声参数与其实际参数值也会存在一定的差异。此外,还对池底沙质沉积物低频段(0.5kHz-3kHz)声速进行了原位测量,实验结果表明大量气泡的存在会导致声速明显降低。
[硕士论文] 周玉坤
大地测量学与测量工程 东北大学 2014(学位年度)
摘要:随着海洋战略地位的不断提升,岛礁就是堡垒、基站。准确量测岛礁地形、地质构造数据是构建“数字海洋”的基础工作之一。我国一些海岛礁基础测量任务工作即将结束,需要解决岛礁高程基准传递及构建海陆无缝垂直基准转换模型问题,进而实现海岛礁海陆地图的整合与表达。由于受岛礁潮汐等勘察环境条件的限制,需要综合勘察测绘手段在有限的时间内探明、查清海底地质构造,为近海岛礁上的构筑物提供基础的岩土数据。本文就近海岛礁勘测问题进行研究,并结合工程实践,验证了近海岸岛礁垂直基准传递方法有效性,同时结合综合物探技术对实验海域地质构造进行探测,得出初步岛礁地层分层方法和探测结果,实验结果证明已达到预期目的。
  本论文的研究内容主要有:
  首先,阐述了近海岸岛礁地形测量的相关技术与理论,论证了利用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)水准,似大地水准面精化技术来进行近海岸岛礁高程基准传递及构建无缝垂直基准的理论依据及其可行性、实用性。
  其次,介绍了适用于浅滩、海域的物探原理与技术,结合GNSS导航定位提出利用综合物探技术进行海底勘察的思路,为具体实验做好理论支撑。
  最后,结合具体岛礁海域实验,将研究理论与技术方法进行验证。对类似工程有一定的借鉴指导作用。
  本论文的研究探索成果,解决了近海岛礁垂直基准传递技术及物探方法进行岛礁勘察的问题,以实例验证方法的可行性、成果的可靠性。该方法适合于缺少重力资料、勘察时间有限的近海岛礁垂直基准建立与海底地质勘察具有实用价值和技术推广意义。
[硕士论文] 刘翔
大地测量学与测量工程 山东科技大学 2014(学位年度)
摘要:在海洋实时测深过程中,为了保证勘测效率,又不可能经常停下船来进行声速剖面的采集,能否建立一个测深区域内的三维声速场,即给定地理坐标,就可以得到相应的声速剖面甚至得到任意水深点的声速值。如果建立起这样一个描述基于空间与时间的海洋三维声速场的数学模型,在实时测深时,调用某一段时间充足的声速剖面观测数据,只要求出数学模型的相关系数或参数,就能根据任意测深点的地理坐标求出该处的声速剖面甚至任意水深点的声速值,若能实现这样一个过程,将对海洋技术的研究与应用有着重大意义。
  本文主要探讨建立某测深区域海洋三维声速场的数学模型。在分析声速误差对测深精度的影响后,利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)、误差反向传播(Back-Propagation)神经网络和广义回归神经网络(General Regression Neural Network,GRNN)三种模型分别建立了声速剖面场,并总结出建立声速场的步骤,最后进行实例分析。基于MATLAB2011b仿真平台,对该测深区域历史声速剖面数据进行整理,采用相应的插值及拟合方法,得到适合处理的矩阵数据,利用上述三种模型分别构建三维声速场,实现了声速剖面的拟合与预测,计算得到声速剖面误差值带给单波束测深和多波束测深的精度影响,对其是否满足我国海道测量规范进行评价,并对三种模型的性能特点进行分析研究。结果表明,三种模型构建的声速剖面场对声速剖面实现了较好的拟合和预测效果,得到的声速剖面误差带给单波束的测深误差满足精度要求,带给多波束的测深误差在波束角为70°范围内满足精度要求,说明了三种模型在构建声速场方面是可行的,对海洋测深的研究和应用具有一定的参考价值。
  
[硕士论文] 孙苗
地图学与地理信息系统 山东科技大学 2014(学位年度)
摘要:GIS元数据发布是当前网络GIS研究领域的热点之一。美国Woods Hole海洋研究所的生物化学海洋数据管理办公室(BCO-DMO)运用Drupal内容管理系统对美国科学基金委(National Science Foundation,NSF)资助的项目进行元数据的组织和发布。
  本文针对从美国科学基金委获取海洋元数据的存储、管理和发布的设计流程与实现方法,进行了以下研发工作:⑴海洋元数据的获取和存储:基于“松耦合”的思想,在NSF官方网站和BCO-DMO本地网站之间研发一个专门用于获取数据和进行数据预填充的中间站—NSF Tracker网站。NSF Tracker的建立一方面从NSF官网获取数据,确保数据获取的稳定性;另一方面为数据库管理员提供更多个性化的选择,并提供预填充BCO-DMO本地元数据数据库的功能,同时减少系统之间的依赖性,提高系统的稳定性和和数据管理员的工作效率。⑵海洋元数据的可视化发布与查询系统:在数据通过NSF Tracker网站存储到BCO-DMO本地元数据数据库之后,通过二次开发Drupal中相关模块和使用JGOFS/GLOBEC软件对元数据进行读取,并将数据在BCO-DMO网站上进行可视化发布。同时设计研发了数据的查询、交互界面,实现了基于WebGIS的海洋元数据发布系统。⑶海洋元数据的高级语义搜索功能:将BCO-DMO存储在MySQL关系型数据库中的海洋数据转化为由RDF描述的结构化数据,引入本体,按照RDFa标准,将数据转为关联数据,建立语义网并能够实现本地数据的语义查询。通过调取RollingDeck to Repository(R2R)发布的关联数据,将跨平台的数据与本地数据进行对比,为数据库理员提供了一种新的数据质量核对方式。⑷系统的设计与实现:建立了以Drupal7为框架的基于WebGIS数据获取、管理、存储和数据的可视化发布的系统,实现了基于关联数据的高级搜索功能,变更了以往老式的数据获取、管理、存储和发布、查询方式,提高了新系统的稳定性、灵活性和安全性,为海洋元数据管理、发布提供了技术支持。
[硕士论文] 刘楠楠
地图学与地理信息系统 山东科技大学 2014(学位年度)
摘要:随着海洋信息可视化技术不断发展,海洋科学研究得到了越来越多的支持,尤其在空间数据组织、结果可视化分析与表达方面有了很大的发展。海流是海洋中最重要的海洋动力过程之一,目前已经有很多针对流场的数值模拟研究成果,但是由于其模型复杂,主要关注海流运动过程本身,在结果表达方面还不够直观方便。GIS以其强大的空间信息处理能力,为解决海流研究的可视化问题提供了可能。传统的GIS研究主要关注陆地的相对静态、缓变的信息,并没有专门支持海洋动态过程的模型,所以基于GIS的海洋流场可视化尚不成熟。本文在对基于GIS的海洋流场可视化研究的基础上,针对流场可视化中由于数据密集导致的效果不佳的问题,设计了基于GIS的海洋流场自适应稀疏化算法,自动调整实时显示数据量,实现海流显示疏密合理,同时优化了大数据量海洋流场显示与分析的效率。
  本文在进行流场稀疏化表达时,研究了传统海洋流场信息获取与表达方法,分析了GIS在流场可视化表达中的应用,在此基础上实现了基于GIS的矢量流场数据的渲染,将地图制图中图标法与颜色编码法相结合,增强流场渲染的视觉效果。针对渲染的数据,构建了基于GIS的海洋流场自适应稀疏化算法。具体的算法研究过程为,首先从人的视觉感知出发,分析计算机符号显示与间隔的适宜尺度,基于流场数据空间分布最适宜稀疏程度,构建了流场显示的空间均匀密度系数;在此基础上,研究流场空间尺度切换关系,建立空间纵向分级,实现近似的无级缩放;然后针对每一级数据,构建虚拟的空间网格,建立筛选算法,提取每一级的显示数据;最后构建数据还原显示查询算法,实现流场显示过程的自适应稀疏化处理。本文主要解决两个关键问题,一是确定稀疏化程度控制与地图比例尺的关系,以此为基础实现稀疏化处理的自适应表达;二是根据流场模型数据组织方式,分别建立规则流场与不规则流场两种自适应稀疏算法的实现方式。在研究并实现算法的基础上,本文对其进行了封装,使其可灵活嵌入各种集成GIS系统。最后,本文将其集成应用到一个海洋监测应用系统,实现了GIS应用中海洋流场及其它海量场数据的直观可视化与高效空间分析。
[硕士论文] 许海蓬
摄影测量与遥感 山东科技大学 2014(学位年度)
摘要:水深是海岛海岸带浅海区域重要的海洋要素,对于近海海域管理、海域开发、船舶安全航行和海岸工程等具有重要意义。与水深现场测量相比,水深遥感反演具有大范围、同步和高时空分辨率等优势,能够弥补现场测量中的不足,是水深测量的一种重要技术手段。因此开展水深遥感反演相关方面的研究具有重要的意义。
  WorldView-2是目前波段数目最多的高空间分辨率卫星,其影像多光谱分辨率为2m,设有8个波段,利用该数据的单波段和波段组合水深遥感反演能力的对比,还没有开展相关的分析;水深遥感反演离不开大气校正,目前的大气校正方法较多,国内外很多学者通常采用简单易行的DOS(Dark Object Subjection)法,也有用FLAASH和模型复杂的6S,对于不同的大气校正方法对水深反演的影响,尚没有开展研究;海图中的水深点是水深遥感反演中回归分析的数据来源,但是并不是控制点数目越多,水深反演的精度越高,相反,盲目的增加控制点个数,还可能导致误差的增加。
  本文在国家科技支撑计划项目“远海岛礁地理信息监测关键技术研究与示范(2012BAB16B01-02)”支持下,开展八波段WorldView-2高分辨率遥感影像水深反演研究。在数据预处理,包括遥感影像几何校正、辐亮度转换和低通滤波,以及海图几何校正和水深值潮汐校正的基础上,针对波段数目及组合、大气校正方法和水深点数量对水深反演的影响等三个问题,开展分析研究,主要结果和结论如下:
  (1)分析了波段数目及组合对水深反演的影响,通过开展255种单波段及波段组合水深反演实验,得出如下结果:双波段、三波段、四波段、五波段和六波段五种组合方式中,精度优于单波段,而七波段和八波段两种组合方式中,精度低于单波段。所以,多波段水深反演一般要比单波段水深反演精度高,但并不是波段数目越多越好。因此,水深反演要根据情况,合理的选择波段数目及组合。
  (2)开展了大气校正对水深反演的影响分析,发现:6S大气校正对应的水深反演精度最高,三波段至八波段六种组合方式中,平均相对误差均为12~13%之间,其中精度最高的是七波段组合,平均相对误差为12.16%,而且对应的波段组合中,海岸、蓝、绿和红波段出现的频率较高;其次是FLAASH大气校正对应的水深反演结果,精度较高的是三波段组合,平均相对误差为19.28%; DOS大气校正对应的水深反演结果相对较差,其中反演精度较高的是四波段组合,平均相对误差为25.17%,而且,相比DOS而言,FLAASH大气校正对应的水深反演结果中,蓝光和黄光出现的次数较多。
  (3)本文开展了以9为步长的9-134个控制点,共计15种方案的控制点加密试验,分析水深控制点的数量对水深遥感反演的精度影响,发现:控制点的个数对水深反演结果影响较大,平均相对误差最大值为102.95%,对应的控制点个数为9,最小值为12.05%,对应的控制点个数为63。当控制点数量为18至134的14种方案中,平均相对误差在12-15%之间,最大值与最小值之差为3.65%。因此,当控制点数目增加到一定程度时,水深反演的精度只有有限的增加。
[硕士论文] 张建锋
大地测量学与测量工程 山东科技大学 2014(学位年度)
摘要:多波束测深系统能对海底地形地貌进行全覆盖测量,因为它具有高效、高精度、智能化等优点,所以在海洋调查工作中变得越来越重要。20世纪60年代,美国国家海洋大气局率先研制出第一套多波束测深系统并进行了海试,至90年代初,应用于多波束测深系统的硬件、软件已日益完善,多波束测深技术在德、美、英、挪威、丹麦等国家已经非常成熟并实现商业化。但是在我国,商业化的国产多波束测深系统还鲜有用户。因此,我国在该领域存在着仪器购买价格偏高,数据利用受限等问题。
  鉴于这些问题,本文对多波束测深系统通讯及点云显示技术进行了研究,便于对多波束底层数据的提取、利用、开发及系统集成。
  本文对国内外多波束测深显控软件的研究现状进行了总结,简单介绍多波束测深系统的硬件组成。以多波束系统与辅助传感器间的串口通讯和原始测深数据与第三方软件间的网络通讯为基础,以实现测深点云实时显示为目的,研究相关数据解析及点云显示技术。设计了相关程序的流程图,在Qt Creator开发平台下编写相关程序,实现监控端对数据采集端的控制、原始测深数据的采集、存储、解析、有效数据的提取、测深点云的实时显示等功能。编写的程序界面采用多文档界面应用程序技术;多波束测深系统的通讯采用UDP方式,GPS和姿态传感器的通讯采用串口通讯方式;数据的读取和存储主要使用Qt提供的QIODevice函数类实现;原始数据的解析主要使用QDataStream函数类实现;测深点云数据的显示使用VTK图形库技术,真实地显示了海底地形。
  
[硕士论文] 任浩玮
大地测量学与测量工程 山东科技大学 2014(学位年度)
摘要:随着科学技术的不断发展进步,人们认识海洋的手段不断增多,海洋相关的各种时空数据获取方式多种多样,时间周期短,数据量大。采用传统的方式处理效率低下。而云计算技术的应用可以有效的解决海洋大数据处理中存在的效率问题,它采取并行计算的方式实现计算任务的加速。
  针对海量涌现的海洋空间矢量数据集,本文采用现今被广泛应用的数据并行方式实现任务加速;就数据并行中对空间矢量数据动态分组,本文提出了一种基于K-D树(K维数缩写)改进的分组算法(简称N-KD树空间分组算法)。本算法可以满足区域适应性、实时快速分组、确保分组后各组数据董均衡、保持分组数据的空间邻近性四个特点,算法引用K-D树建立索引的方法,将空间点集的空间属性(即空间点集所处的空间范围的X方向或者Y方向)作为划分参照,经方差计算,对比X,Y方向上的数据离散程度,选择离散度高的方向分组。后按文中算法对数据进行空间分组,统计分组结果的数据量确定是否终止。递归的重复上述过程至满足终止条件。这种分组方法可以动态的将用户提交的不同数据量、处于不同区域的空间点集计算任务的数据分成数据量均衡若干个组,构建平衡二叉树,并且能够很好的保持数据的空间邻近性。实验分析表明,该算法具有较好的动态分组效果与较高的计算效率,较之传统K-D树分组方法减少分组耗时近30倍;而且在保持各组数据数据量的均衡上有较大的优势,较之空间位置划分方法各分组结果间数据量基本均衡。
  
[硕士论文] 刘坤路
地图学与地理信息系统 山东科技大学 2014(学位年度)
摘要:大力推动海洋保护区(Marine Protected Areas-MPAs,Marine Reserves-MRs)建设是促进海洋生态环境改善,维护海洋生物多样性和保护区海洋自然景观和自然遗迹的重要举措,对于促进海洋生态系统和人类社会可持续发展与进步具有深远的意义。当前我国已基本建成完备的海洋保护区功能体系及其地域分布,然采用何种手段对海洋保护区及其信息实现科学有效管理是一个主要问题。从发展趋势看,实现海洋保护区科学管理与有效决策的重要手段是以地理信息数据及其原理、方法与技术为支撑的数字化、信息化建设。
  本文研究将海洋保护区放在大海洋生态系的背景下,认为海洋保护区管理是海洋综合性、功能区划和区域化管理的重要组成部分,海洋保护区管理不是孤立的管理领域。论文讨论了海洋保护区发展和主体功能的定位,将海洋保护区作为区域经济社会发展统筹规划的不可分割的部分,对同时拥有“蓝黄”两区区位优势的山东省海洋保护区建设与管理进行了重点研究。由于海洋保护区地理信息数据的多源性(多数据来源、多时空数据、多数据格式、多精度、多语义性),本文提出了基于GIS的山东省海洋保护区多源数据集成管理研究,重点是多源数据集成问题和信息化管理问题。山东省海洋保护区数据集成不仅要关注保护区多源数据研究分析价值,更要看重数据的语义价值,因而对多源数据进行了语义分解和分类管理;根据山东省海洋保护区实际管理要求,设计了山东省海洋保护区地理信息系统。系统以集成数据为基础,采用SuperMap Object开发技术为手段,围绕对空间、属性、媒体、文本等多源数据进行联合查询、管理、维护和输出进行模块开发,实现了山东省海洋保护区信息系统平台建设,为区域性海洋保护区综合管理和信息化建设提供有力参考。
[硕士论文] 钟世霞
大地测量学与测量工程 山东科技大学 2014(学位年度)
摘要:海岛测绘相对于陆地测绘来说还相对薄弱,大部分海岛至今尚未有确切的测绘资料,而且海洋高程基准与陆地高程基准不统一,这是海洋测绘领域面临的主要难题之一。而传统的高程传递方法受到环境、时间、费用等因素的影响,使得跨海高程基准的传递精度难以达到测量精度的要求。利用现代测绘的高新技术找到一种更适用于跨海高程基准传递的方法还有待深入研究。本文主要研究利用重力位差实现跨海高程的传递,主要研究内容包括:
  ⑴计算陆地起算点与海岛待测点之间重力位差。利用重力位差方法实现陆海高程传递时用到平均海面高的值,因此在选择传递路线时传递路线上所有的水准点必须在海上而不能在陆地上。由于在海洋区域不能进行实际的几何水准测量,因此采用在陆地起算点和海岛待测点之间布设虚拟水准路线并设置内插点。通过对两点间测线上的平均重力与海面地形差值乘积的积分,精确求定两点之间的重力位差,从而实现陆海高程的传递。
  ⑵对影响重力位差精度的因素进行误差分析。利用重力位差实现陆海高程传递的关键是精确求得起算点与待测点之间的重力位差,而理论上影响陆海高程传递精度的数据主要有虚拟水准路线上的平均海面高、重力异常值以及大地水准面起伏。本文通过对这几种数据进行误差分析得到,重力位差计算误差主要是由重力异常的系统误差以及大地水准面的偶然误差引起的。
  ⑶设计并实现了利用重力位差实现跨海高程传递的算法软件。该软件实现了重力异常、平均海面高等数据的读取,同时该软件具有良好的图形界面。利用数据验证了高程传递的算法和软件,实验证明软件具有可行性,说明高程传递软件程序的正确性,以及利用重力位差技术能够实现跨海高程的高精度传递。
[硕士论文] 李腾
大地测量学与测量工程 山东科技大学 2014(学位年度)
摘要:随着世界对海洋的日益关注,各海洋国家纷纷将海洋研究与开发作为发展的战略重点,为了给海洋研究和开发提供精确的基础资料,海洋测绘技术得到了飞快的发展。水深测量是海洋测绘最基础的工作之一,为了满足海洋研究和开发的需要,提高水深测量的精度已经成为研究的重点,国内外针做性的进行了大量实验研究。
  本文介绍了单波束水深测量误差来源,对声速改正、潮汐改正、动态吃水及涌浪处理方法做了详细阐述。针对单波束测深作业模式提出了基于GPS测高的测船垂直动态效应综合改正方法,实现对涌浪、动态吃水和潮汐的综合改正,并通过实例数据验证其可行性。通过研究单波束测深中GPS高程包含的变量因子,对GPS测高数据进行小波滤波,实现了涌浪处理;提出了基于GPS测高与单站验潮综合潮汐改正方法,通过计算根据岸边单站验潮潮汐曲线和测区的GPS测高高程曲线的相似度,得到验潮站至测区的潮汐的潮时差,进而推算测区的潮汐数据;提出了基于GPS测高的动态吃水改正,首先对GPS高程做滤波处理剔除涌浪因子,再根据本文提出的基于GPS测高与单站验潮综合潮汐改正方法,推算出测区的潮汐数据,然后根据测船静止状态时GPS高程推算基准面偏差和测船静态吃水综合变化,得到由于船速与水深变化而引起的测船动态吃水,从而对测深数据进行动态吃水改正。同时,对本文算法进行了程序实现,编写了潮汐改正软件,能够实现单站、双站、三站和多站潮汐改正,其中双站、三站和多站潮汐改正分别用了线性内插法、时差法和最小二乘法实现。
  
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