基于悬浮泥沙影响的水深遥感方法研究

摘要

水深测量的遥感方法，是目前逐渐被人们所认识、接受的一种量测水体厚度的高科技方法。运用该方法不仅可以迅速、准确获得大范围、同时相水深信息，还可以利用历史卫星影像数据反演历史地形地貌，为进一步认识工程处的水下地形冲淤演变状况提供资料。本文基于国家自然科学基金重点项目《长江流域调水等工程对河口环境的影响及对策》，选择长江口为研究区，对水深遥感方法及悬浮泥沙光谱特性对遥感测深影响等方面进行了研究。所得结论如下： 1．不同浓度悬沙水体光谱反射率具有双峰型特征。第一反射峰位于550-720nm处，第二反射峰位于780-835nm处。随着水体含沙量的增加，各波段反射率都普遍增大，但随含沙量的增加其增幅不同；试验表明悬沙浓度敏感波段位于R<,1>(430-500nm)、R<,2>(550-570nm)、R<,3>(670-73 5nm)和R<,4>(780-835nm)。 2．对于同一浓度悬沙水体，随着悬沙粒径的减小，光谱反射率逐渐增加，且悬沙粒径敏感波段位于500-700nm和800nm左右。由于悬沙粒径减小，使悬沙的散射表面积增夫，因此，在相同浓度下，随着悬沙粒径的减小，反射率将增大。 3．利用选取的敏感波段，建立了悬沙浓度(S)及其对数(lnS)的单波段、波段比值和泥沙参数模型。由于本文构建的高、低浓度泥沙遥感参数，即综合了不同波段具有的悬沙信息，也部分消除和减小了外界环境条件对泥沙信息的干扰，运用该参数建立的模型，估算精度均优于以上的单波段和波段比值模型。 4．光谱反射率和悬沙中值粒径的负一次方(D<,50><’-1>)相关性最好，两者之间通用关系式为：R=a+b·D<,50><’-1>。 5.基于对光谱反射率和悬沙浓度、粒径之间关系的分析，建立了光谱反射率、悬沙浓度、粒径和波段四者之间的关系模型，实验表明，该模型能较好的反映四者之间的关系，且具有一定的普适性。 6．建立了多种水深反演模型。比较各模型表明，非线性模型好于线性模型，多元回归模型好于单因子模型；由于BP人工神经网络模型是一种大规模并行的非线性动态系统，具有很好的非线性映射能力，因而在处理遥感测深问题上比传统的统计方法好；而泥沙因子水深反演模型，由于引入了“泥沙影响因子”，削弱了悬沙浓度对遥感测深的影响，因而提高了遥感测深的精度。 7．对研究区近30年来河道的泥沙冲淤量、横断面及等深线变化分析表明，南港一南槽河段在1973-2003年间整体呈淤积之势，泥沙淤积量为1.39亿m<’3>，平均每年淤积0.05亿m<’3>。在整个研究时段内，除了1973-1978年间，河槽略有冲刷外，其它时段河槽均为淤积。南港一南槽河段的冲淤演变与进入南港的水沙量密切相关，当进入南港的泥沙淤积到一定程度，将使南港水下地形发生改变，改变后的水下地形又会影响原有水的流速和流向，进而引起下游南槽河床演变和泥沙的冲淤变化。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图目录、表目录

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第一章绪论

第二章水深遥感的原理和方法

第三章水体悬浮泥沙光谱特性研究

第四章泥沙因子水深反演模型研究

第五章水深遥感应用实例研究

第六章结论和讨论

致谢

博士在读期间参与的科研工作、发表的学术成果