【摘要】：極地在全球氣候變化中扮演著非常重要的角色,因此極地海冰也越來(lái)越受到重視。海冰作為影響氣候重要的因子,不僅對(duì)全球熱平衡有著重要影響,還對(duì)海洋的溫鹽平衡也有影響。隨著北極海冰逐漸地融化,使得連接大西洋和太平洋的北極航道能夠開(kāi)通。但是即使在夏季,北極航道地區(qū)仍然存在海冰,威脅過(guò)往船只的安全,因此極地海冰的檢測(cè)有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。合成孔徑雷達(dá)(SAR)全天時(shí)全天候觀測(cè)及高空間分辨率數(shù)據(jù)的特性,更加有利于海冰的監(jiān)測(cè)。因此如何利用SAR來(lái)進(jìn)行極地海冰檢測(cè),即將海冰和海水分離開(kāi),是一個(gè)十分重要的研究?jī)?nèi)容。本文利用C波段高分3號(hào)及Sentinel-1 SAR數(shù)據(jù)開(kāi)展了極地海冰檢測(cè)算法的研究,主要研究?jī)?nèi)容與初步結(jié)論如下:(1)研究了海冰在C波段SAR水平-水平(Horizontal-Horizontal,HH)極化和水平-垂直(Horizontal-Vertical,HV)極化數(shù)據(jù)上的散射特性的差異。分析了在較大的入射角范圍的情況下海冰、海水圖像灰度值隨入射角的變化情況及在較小入射角范圍的情況下,海冰、海水的灰度值是否受風(fēng)速的影響。通過(guò)以上兩個(gè)研究分析,得到了HV極化圖像灰度值隨入射角的變化情況小于HH極化圖像,以及HV極化圖像灰度值受風(fēng)速的影響小于HH極化圖像的結(jié)論。這表明了HV極化方式相較于HH極化方式來(lái)說(shuō),對(duì)入射角及風(fēng)速都較為不敏感,圖像中同種物體的灰度值較為一致,有利于海冰和海水的區(qū)分。(2)開(kāi)展了基于高分3號(hào)和Sentinel-1 SAR HV極化數(shù)據(jù)的海冰檢測(cè)算法的研究。文中主要使用高分3號(hào)的條帶成像模式的HV極化圖像和Sentinel-1的超幅寬成像模式的HV極化圖像,通過(guò)圖像的紋理特性及支持向量機(jī)分類的方式進(jìn)行海冰和海水的分離。為了能使算法自動(dòng)運(yùn)行而無(wú)需人工干預(yù),文中改進(jìn)了分水嶺算法并用其進(jìn)行樣本的自動(dòng)提取,同時(shí)根據(jù)海冰和海水在不同的紋理上表現(xiàn)出明顯的特征來(lái)進(jìn)行樣本分類。最終通過(guò)用支持向量機(jī)訓(xùn)練樣本得到的分類模型對(duì)整幅圖像進(jìn)行海冰檢測(cè)。(3)開(kāi)展了算法結(jié)果精度的研究。文中通過(guò)利用目視解譯的結(jié)果同算法結(jié)果進(jìn)行比較的方式來(lái)進(jìn)行算法精度的檢驗(yàn)。結(jié)果表明文中算法對(duì)海冰和海水的檢測(cè)精度均在90%以上。(4)開(kāi)展了算法的適用性研究。文中利用了多幅高分3號(hào)及Sentinel-1SAR圖像進(jìn)行算法測(cè)試,其中大部分的圖像都能得到很好的海冰檢測(cè)結(jié)果,但也有少量圖像不能得到海冰檢測(cè)結(jié)果。文中對(duì)部分海冰檢測(cè)結(jié)果成功的圖像進(jìn)行了展示,同時(shí)對(duì)檢測(cè)不成功的原因也進(jìn)行了總結(jié)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P731.15
【圖文】：

候及北極航道的開(kāi)通都有重要影響，因此得到了全世界地廣泛關(guān)注。隨著衛(wèi)術(shù)的發(fā)展，海冰可以被大范圍、連續(xù)觀測(cè)，更加促進(jìn)了對(duì)極地海冰的研究。將從海冰的形成、海冰的分類、海冰的特性三個(gè)方面來(lái)對(duì)海冰進(jìn)行簡(jiǎn)介，從雷達(dá)后向散射特性的影響因素來(lái)介紹海冰的散射特征。.1 海冰簡(jiǎn)介.1.1 海冰的形成海冰的形成需要兩個(gè)條件，一是海水溫度降低至冰點(diǎn)并且持續(xù)失熱，二是凝結(jié)核。海水的冰點(diǎn)是隨鹽度增大而降低的，海水的最大密度溫度也是隨鹽增大而降低，但是二者隨鹽度降低的速率不同，即冰點(diǎn)隨鹽度降低的速率小大密度溫度隨鹽度降低的速率，導(dǎo)致二者在鹽度為24.695處相交（瑙斯，1983圖 2.1 所示。

VV像 29.1~46.0 5*20 250 HH, VVVV 18.9~47.0 20*40 400 HH, VVVV21.6~25.134.8~38.05*5 20 HH用 Sentinel-1 的超幅寬成像模式數(shù)據(jù)，該成像模式采觀測(cè)條帶的數(shù)據(jù)從而獲取整幅圖像的數(shù)據(jù)。由表 3.2角變化范圍為 18.9°~47.0°，刈幅為 400 km,可以對(duì)海于監(jiān)測(cè)海冰覆蓋范圍的變化。

(a) (b)圖 4.1 Sentinel-1 SAR 圖像中用于研究灰度值隨入射角變化的實(shí)驗(yàn)區(qū)域（紅框所示），（a）HH 極化圖像，（b）HV 極化圖像（成像時(shí)間：2017 年 8 月 16 日 7 點(diǎn) 28 分（UTC）；成像模式：超幅寬成像模式）Figure 4.1 Experimental region in the red box of Sentinel-1 SAR image to study the changes ofgray value with incident angle, (a) HH polarization image, (b) HV polarization image(Imaging time: 7:28 on August 28th, 2017(UTC); imaging mode: extra wide swath mode)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 張晰;張杰;紀(jì)永剛;;基于紋理特征分析的遼東灣SAR影像海冰檢測(cè)[J];海洋科學(xué)進(jìn)展;2008年03期

2 張明元;邵春財(cái);;海冰的物化性質(zhì)[J];海洋科技資料;1981年05期

本文編號(hào)：2777996