利用衛星資料進行島礁海域水深地形研究

《利用衛星資料進行島礁海域水深地形研究》是中國國土資源航空物探遙感中心、中國人民解放軍海軍海洋測繪研究所為主要研究單位，丁謙、曹文玉、翟國軍、黨福星、潘春梅、王潤生、黃謨濤、王永江、歐陽永忠、楊蘇明為主要完成人的科研項目。

基本介紹

• 中文名：利用衛星資料進行島礁海域水深地形研究
• 依託單位：中國國土資源航空物探遙感中心、中國人民解放軍海軍海洋測繪研究所
• 完成人：丁謙、曹文玉、翟國軍、黨福星、潘春梅、王潤生、黃謨濤、王永江、歐陽永忠、楊蘇明
• 類別：科研項目

基礎信息

獲獎序號	20030005
項目名稱	利用衛星資料進行島礁海域水深地形研究
主要完成單位	中國國土資源航空物探遙感中心、中國人民解放軍海軍海洋測繪研究所
主要完成人	丁謙、曹文玉、翟國軍、黨福星、潘春梅、王潤生、黃謨濤、王永江、歐陽永忠、楊蘇明
獲獎證書編號	KJ2003－2－2
獎種	國土資源科學技術獎
等級	二等

項目摘要

“利用衛星資料進行島礁海域水深地形研究”屬國家“九五”專項“我國專屬經濟區和大陸架勘測” 的研究課題。 為了維護我國領土主權和海洋權益，加速我國的海洋探測、海洋保護和海洋開發。國務院批准開展的“我國專屬經濟區和大陸架勘測”專項，主要利用多波束全覆蓋海底地形勘測技術對我國海洋海底地形進行全面勘測，南沙海域島礁密布，海洋國土調查程度較低，不少區域船隻難以進入，給多波束海底地形勘測工作帶來很大困難, 套用遙感手段獲取該海域的島礁和海底地形的有關資料，成為唯一可能的選擇。專項特設立“利用衛星資料進行島礁海域水深地形研究”課題，採用遙感手段，開展以航天遙感為主的島礁分布調查和海底地形勘測，查清南沙海域的島、礁、灘、沙的位置和分布，編制島礁分布圖和遙感水深地形圖，在一定程度上彌補船測的困難和不足。 課題套用多種衛星遙感手段，開展南沙島礁調查和海域水深地形研究。工作選用多光譜、衛星測高、成像雷達等航天遙感手段。以TM圖像為主進行全區島礁定位，並輔以SPOT等高空間解析度圖像，調查南沙島、礁、灘、沙的分布和現狀，探測30m以淺淺海水深；以衛星測高數據反演海洋重力場和深海海底地形；分別獨立編制相應的成果圖件。最後，套用數據融合和同化技術編繪測區統一海底地形圖件。 取得了如下的成果： 1、在發展了針對大面積海水背景上微弱島礁信息提取的多級增強、掩膜、多級匹配、IHS變換的TM和SPOT圖像融合等方法，成功地增強和提取了島礁信息。建立了適合南沙島礁區圖像特點的TM的數據處理、幾何精校正、島礁信息提取、TM和SPOT數據融合、影像圖製作等方法和工藝流程。在此基礎上，全面調查了南沙海域約70萬km2區域內島、礁、灘、沙的位置、分布、面積、形狀、類型和性質，獲得了南沙群島全區島礁較為系統、完整的資料。定量統計出30m以淺的島、礁、灘、沙等共1414個，還在禮樂灘、棕灘與紫灘南部，萬安灘以南等海區新發現一批以前資料未記載的暗礁，編制了南沙群島遙感綜合調查統計表及附圖，填補了已有資料的空缺。 2、課題改進了TM數據的大區域整體平差校正定位模型和算法，發展和建立了缺少地面控制的大面積TM 圖像高精度校正和定位問題的區域整體平差校正模型和算法；模型採用區域自適應局部多項式最小二乘估計法，通過含有數以百計未知數方程組的求解和遞推疊代計算，實現了在較少地面控制點的情況下TM圖像的高精度校正和島礁的高精度定位。將南沙TM圖像幾何定位控制在30米以內，使南沙各島礁的定位精度整體上提高到一個新的水平。與最新出版的海圖比較，發現海圖上個別島礁誤差可達3.5Km以上。 3、在系統地研究分析工作區淺海島礁的光譜輻射特徵和淺海底質的圖像光譜特徵的基礎上，提出了考慮淺海底質類型的多光譜水深回歸反演模型和建立了根據圖像波段變化特徵自動識別底質類型的方法；在數據處理中引入了多光譜數據歸一化、數據分組平均預處理、潮汐改正等技術措施，使改進後的淺海水深模型更加合理和實用，反演了島礁30m以淺水深，有效地提高了多光譜水深反演精度。 4、全面研究了利用衛星測高數據反演海洋重力異常的Stokes解析反演、Stokes數值反演及逆Vening-Meinesz 三種主要反演方法的二維球面FFT算式的嚴密公式，給出了三種反演方法的二維球面改進形式，建立了三種算法的數學模型及其譜計算式；建立了1440階的地球位模型標準場，完成了三種算法的數值比較和內部檢核；通過仿真試驗實現了三種算法的可靠性和穩定性檢驗。反演海洋重力異常，編制了1：50萬南沙群島衛星測高重力異常圖。 5、提出了使用完整的帶有非隨機參數的最小二乘配置模型和反演的疊代計算公式的衛星測高海底地形反演新方案，反演了海底地形，編制了1：100萬南沙群島衛星測高海底地形圖。 6、根據多光譜、衛星測高和成像雷達的數據特徵和測深原理，從理論上對三種數據的定位精度、水深反演有效區間和反演精度作了分析，在此基礎上，套用誤差分析和相關分析方法，評價三種數據的定位精度、水深反演精度的有效區間和同一性。在誤差分析的基礎上，研究和確定了三種測深數據的數據融合、綜合編圖和質量控制方法。成功地融合了三種測深數據，編制了工作區統一的水深圖。 7、利用多光譜數據反演的水深和衛星測高數據反演的海底地形等資料分別獨立編制的相應成果圖件，最後，套用數據融合和同化技術首次統一編制了南沙群島1：100萬遙感水深圖。 8、準確地編制了南沙群島多種比例尺（1:100萬—1:5萬）、多種形式的影像圖、水深圖、影像海圖、島礁分布圖、島礁影像圖集等系列成果圖件。全面、準確、詳實地查明了南沙海洋國土現狀。 9、根據南沙群島島、礁、灘、沙的TM多光譜遙感影像特徵，提出以水深分類為主，兼顧島礁的地貌類型的南沙群島珊瑚礁分類體系，將南沙群島30m以淺珊瑚礁劃分為島、沙洲、適淹礁、台礁、台礁坪、暗沙、暗礁、灘上暗礁、灘上暗沙、灘及瀉湖點礁共十一類，較好地反映了島礁的形態、發育階段和遙感影像的特點，細化、完善了島礁分類。 10、在課題提出新的南沙群島珊瑚礁分類方案基礎上，研究南沙群島珊瑚礁區域分布特點，發現同類型珊瑚礁顯示相對集中分布的特點，即同一地域，珊瑚礁類型基本相同，遂提出南沙群島珊瑚礁遙感地貌區劃的新概念。按珊瑚礁類型不同將南沙群島劃分為七個區。進一步研究發現，珊瑚礁類型因地域的差異實質上是受新構造運動控制，為珊瑚礁發育規律研究和新構造運動研究開闢了一個新視角。也拓寬了遙感技術的套用領域。 課題所取得的成果已先後提交給“外交部條約法律司”、“中國人民解放軍總參謀部測繪研究所”、“中國人民解放軍總參謀部海軍部”、“海洋局國際合作司”、“中國人民解放軍海軍司令部情報部”等單位在相關的業務工作中使用，為他們對南沙島礁的分布全貌的掌握，制定工作部署和實施計畫提供了依據，為我國外交工作提供了決策支持，在海洋國際合作、海洋測繪、海防等領域都發揮了積極作用，為我國海洋權益的維護，海洋的探測、保護和開發做出了應有的貢獻，取得了顯著的社會效益。