陈晓玲教授--海洋遥感技术与应用

一个系统
无线传感网监测系统
其他支撑条件
高分辨率卫星地面站 MODIS数据地面接收站 LEICA ADS40推扫式航测仪 LiDAR LEICA ALS50Ⅱ机载激光扫描系统 无人遥感直升机平台
船载观测平台
水质观测
水文观测
光学观测
船载观测平台 — 水质观测
数据采集器 电池舱 现场控制显 示中心
监测与预警：流域地表过程
模糊分类
遥感获取LUCC
土壤侵蚀
Soil erosion distribution pattern in 1990 and 2000 Rate of soil erosion change from 1990 to 2000
1990
2000
流域地表过程：产汇流模型
水质：2002-2010年MODIS珠江口悬浮泥沙时空动态
三峡对下游海岸带水环境的影响
2014-3-14
数值模拟： 潮汐影响下的HJ星深圳湾水体范围与悬沙浓度变化
低潮
涨潮
高潮
落潮
数值模拟：港珠澳大桥对流速和泥沙分布的影响
A 涨急
A 落急
B 涨急
B 落急
迎流测水位抬高 桥墩截面收缩作用，水流拥堵而水位抬 高 流速变化等值线 55 影响流速范围在2-3千米
Remote Sensing of Environment.
水量：水量收支平衡
利用遥感估算鄱阳湖的逐月水量收支状况 2003年的三峡蓄水不仅使得鄱阳湖当年出湖水量的增大， 更直接导致鄱阳湖流域径流系数的显著性减小
Geophysical Research Letters
水质： 鄱阳湖HJ卫星CCD悬浮泥沙反演
浊度
叶绿素
CDOM
多参数水质
船载观测平台 — 水文观测
GeoSwath Plus综合多波束条带测深仪——湖底地形 Eclipse前视多波束成像仪——湖底三维地形、底质类型
电火花浅地层剖面仪——湖底地层信息
ADCP声学多普勒流速剖面仪
船载观测平台 — 光学观测
Ocean Optics HR2000 光谱仪 102F傅里叶变换热红外光谱仪
数据处理 注册中心
参数获取
预案仿真 分析模型
叶绿素传感器
叶绿素传感器
多参数水质传感器
多参数水质传感器
传感器数据 采集中心 无线局域网接入
优化布局
水位计
水位计
卫星接入
GPRS接入
传感器数据 采集中心 无线局域网接入
长江中下游湖泊群
卫星接入
GPRS接入
滇池
仪器设备支撑
两个平台
船载观测平台 室内分析平台
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海洋国土需要足够重视
海洋国土管理需要精确的动态测绘信息支持（国情监测）
海岛消失是巨大的国土损失：1996年印度哈恰拉岛被海水淹 没，成为第一座从地图上消失的有人居住的小岛。一个小岛礁 ，可获1500多平方公里的领海（3个新加坡），4600多平方公 里毗连区，43万平方公里（浙江4倍）专属经济区
数值模拟与遥感结合：水环境参数动态分析
采用遥感反演结果作 为模型的初始输入
数值模拟与遥感反演 相耦合，用于率定模型 参数 结果表明该方法有助 于实现水环境三维动态 的业务化监测
悬浮泥沙数值模拟结果与遥感反演结果对比
a) 数值模拟结果 （16/6/2005）; c) 遥感反演结果 （MERIS, 16/6/2005）; b) 数值模拟结果 （19/6/2005）; d) 遥感反演结果 （MERIS, 19/6/2005）.
规划调度
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地面监测
地面传感器
物理/生物/化学参数
主要内容 传感网——天-空-地一体化组网观测 信息提取——遥感&数值模拟
业务化——信息共享服务
主要内容 传感网——天-空-地一体化组网观测
仪器平台 观测经验
长江源
Lake-wetland-watershed eco-system modeling and management
实验室分析平台 — 水质参数
有色溶解有机物吸收系数测定系统 Multisizer 3 库尔特粒度分析与颗粒计数仪
Elementar vario Macro CNS元素分析仪
Smartchem200间断分析仪
RF-5301PC – 荧光分光光度计 UV2550 岛津紫外可见光光度计
AA – 7000 原子吸收分光光度计
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遥感获取海洋环境参数
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沿岸冷水和暖水环
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MODIS传感器
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水色传感器
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地球生物圈
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有色溶解有机物
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遥感在我国科技发展中的地位
我国科技发展中长期规划已将空间信息技术中的基础部分 高分辨率对地观测系统工程列入国家16个重大发展专项之一
2008年6月，前总书记胡锦涛：“要加快遥感、地理信息系统、 全球定位系统、网络通信技术的应用以及防灾减灾高技术成果转 化和综合集成，建立国家综合减灾和风险管理信息共享平台”
水质： 苏北浅滩HJ星CCD浊度 珠江口SeaWiFS叶绿素浓度
苏北浅滩
2009年4月27日
HJ CCD 浊度
2009年5月26日
SeaWiFS 叶绿素浓度 第 50 页
水质：珠江口NOAA悬浮泥沙浓度时空变化分析
时间: 1995～2000 影像数: 152 传感器: AVHRR/NOAA 第 51 页
Cloud
HJ-1B CCD2, 2008年10月2日
HJ-1A CCD2, 2008年10月20日
第 48 页
水质： 鄱阳湖悬浮泥沙浓度变化与采砂活动分析
2000到2010年间， 四个季节鄱阳湖 悬浮泥沙浓度分 布情况 2000到2010年间， 鄱阳湖悬浮泥沙 浓度距平分布情 况 2002年以后泥沙 异常与采砂活动 加剧有关，2008 年禁砂，泥沙异 常较小，2009、 2010年泥沙异常 跟采砂屡禁不止 49 有关
应用领域
资源遥感 环境遥感 农业遥感 林业遥感 渔业遥感 地质遥感 气象遥感 水文遥感 城市遥感 工程遥感
灾害遥感
军事遥感……
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遥 感 的 发 展
平台高度的发展
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遥 感 的 发 展
传感器的发展
波谱感知范围
可见光红外、微波、紫外
支撑条件 — 卫星地面接收站
泰国高分辨率卫星（接收系统已建成）
MODIS
现场观测经验
黄东海近岸 渤海
武汉东湖 洪湖 鄱阳湖
南中国海
中国近岸
梁子湖
水上测量与样品采集
水下观测-Deep Bay
主要内容
信息提取——遥感处理&数值模拟
遥感直接定量获取
水域边界/水量
水质
数值模拟与遥感结合
更高精度的水量水质信息 流域过程影响-水污染预警
按探测波段
紫外遥感（0.05-0.38um）、
可见光遥感（0.38-0.76um）
红外遥感（0.76-1000um） 微波遥感（1mm-10m）
多波段遥感
按工作方式
主动遥感、被动遥感
成像遥感、非 成像遥感
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遥 感 的 类 型
按领域
研究领域
外层空间遥感 大气层遥感 陆地遥感 海洋遥感……
我国299.7万平方公里海洋国土，大于500平方米的岛屿6000多个， 海洋资源丰富，仅南海石油储量占全球12%，号称第二个波斯湾
争议海区广大
朝鲜和韩国：18万平方公里
日本钓鱼岛：16万平方公里 南海：120万平方公里，被强占：越南24个，马来西亚9个，菲律宾8个，印 度尼西亚2个 ，文莱1个
与传感网控制中心级联，实现远程无线传输显 示 可选择日常水质监测与科学研究观测两种模式
测量舱 测量舱 水面 排水口 排水口
监测参数包括：COD、BOD、TOC、浊度、叶 绿素浓度、藻蓝素含量、PH、电导率、温度、 NO2/NO3、NH4
科学研究观测可添加：水体吸收、散射系数
潜水泵 一级 过滤器
COD在线监测
我国的海洋遥感观测
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多源、多尺度、多维、多时相的海量数据
记录了人类对地球的改造 人类需要利用遥感捕获的地球信 息来进行科学管理
海量遥感数据的应用潜力需要挖掘
目前太空中已有800余颗对地观测卫星在轨 但“数据多信息少”是瓶颈问题
环境保护
数据-信息-知识转化
资源管理
灾害监测
获取可广泛应用的地球空间信息，则是一个亟待解决的值得 探讨的重大科学问题
目前，“海洋卫星”、“云雨-7”及全球环境观测卫星已广泛应用于 海洋动力学、海洋环境资源普查
中国从1977年开始海洋遥感技术研究，先后在海岸带与滩涂资源调查 、海洋环境监测、海洋气象预报、渔场分析、海冰观测、大尺度海洋 现象研究和基础理论研究方面进行了遥感技术试验，其中，台风跟踪 、海冰遥感和海洋污染航空遥感技术已进入使用阶段。目前已广泛应 用于海洋物理学、海洋生物学、海洋地质学、海洋化学等方面，使内 波、中尺度涡、大洋潮汐、波浪、海冰、海气交换、洋底地形等研究 取得了新进展。
水域边界与水量：水体范围变化
每年的最大淹没面积与最小 面积之比达2.3 – 3.2 11 年间最大可能淹没范围是 最小可能淹没范围的14倍 平均淹没范围有减小趋势 Remote Sensing of Environment.
水量：水底地形提取
2000到2009年 间，鄱阳湖水底 地形有提升趋势.
数据处理
子流域产流
面积与坡度
汇流距离
Catchment 1 2 Area/km2 1518.88 3993.98 Slope/° 6.61 12.86 Catchment 13 14 Area/km2 7901.65 4317.88 Slope/° 6.29 9.77 Catchment 25 26 Area/km2 7033.52 3068.82 Slope/° 9.11 8.63
5
海洋环境自净能力
6
海洋环境污染的危害
7
海洋生态破坏
8
海洋环境污染与生态破坏
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遥感获取地球观测信息
海洋参数获取：
海温 海洋水色：浊度、 叶绿素浓度、悬浮 泥沙浓度…… 海洋水深 海冰
海洋盐度
海流 …… 海洋监测：
海洋污染监测
河口及海岸环境生态监测 海洋气象与海况监测
海洋资源调查：
自然因素：海平面上升、海流冲刷、季风作用、台风侵蚀 人为因素：如连岛填海
针对不同类型和功能的岛屿，需要建立不同的保护模式和资源 利用模式：防波堤、人工鱼礁、移植栽培耐盐植物 海洋环境保护需求迫切：据国家海洋局2012年民意调查，普 遍欠缺海洋知识，对海洋污染缺乏足够认识
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海洋环境污染
测绘遥感新技术在智慧城市中的应用培训班，深圳，2013.12.10 -13
海洋环境遥感技术与应用
陈晓玲 教授
武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室

Email:cecxl@yahoo.com
海洋蕴藏着丰富的宝藏
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海洋国土需要足够重视
21世纪进入大规模开发利用海洋的时代：世界资源走向枯竭，覆盖地 球71%的海洋成为重点争夺的领地 根据世界海洋法：海洋国土包括内海、领海（宽度12海里）、专属经 济区（领海基点外延200海里）、大陆架。
海洋生物资源 海岸带资源 其他资源
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遥 感 的 特 点
宏观性和经济性：大面积同步测量，较高 空间分辨率
时效性：实时或准实时性 综合性和可比性：动态观测和长期监测
可达性：船舶、浮标不易抵达的海区
局限性
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遥 感 的 类 型
按平台
地面遥感、航空遥感、航天遥感、宇航遥感
wetlabs Leabharlann Baidu下光场测量系统
SVC HR1024 光谱仪 Trios 水下光谱仪
NEC H2640 热红外成像仪
成像光谱仪 — 野外观测平台
HeadWall 可见光 近红外成像仪
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其余可搭载传感器 — 大气参数
MICROTOPs II手持式太阳光度计
LIDAR
HOBO 小型气象站
CE318太阳光度计
波谱分辨率
多光谱高光谱
空间分辨率
遥感信息的处理分析发展
胶片目视判读数字图像自动处理 定性分析定量分析
应用领域
自然环境和资源普查、动态侦察和监测趋势预报和生产管理
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海洋遥感的发展
1950年美国大规模湾流调查中首次使用了航空遥感技术 1960年4月1日美国全球第一颗气象卫星成功发射TIROS-1 ，在获得 气象资料的同时，还得到了无云海区的温度场信息，从而开创了卫星 遥感海洋的新纪元。 1978年世界第一颗海洋专用卫星，美国“Seasat-A”成功发射
遥感数据应用潜力需要深度挖掘
遥感为大型通江湖泊洪旱 灾害、水沙时空动态监测 管理提供了一套可行的业 务化方法基础
湖 泊 变 化 湖底地形
湖泊水量收支
悬 浮 泥 沙 湖泊采砂影响
主要思路
信息提取 决策预警 海洋环境业务化监测预警
遥感和数值模拟结合
传感器网络
航空 卫星
耦 合
“信息提取”是 沟通“传感器网 络”和“业务化 监测与预警”之 间的桥梁。