基于海水和海床流固耦合效应及卫星遥感图像的地形反演

发布时间：2017-08-14 19:28

  本文关键词：基于海水和海床流固耦合效应及卫星遥感图像的地形反演

  更多相关文章： 流固耦合 线性频散关系 高分辨率卫星遥感图像 近岸海底地形

【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。
【关键词】：流固耦合 线性频散关系 高分辨率卫星遥感图像 近岸海底地形
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P229.1;P237
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 近岸水深早期遥感探测方法11-15
• 1.2.1 吃水线法12
• 1.2.2 透视法12-13
• 1.2.3 波速法13-14
• 1.2.4 波周期法14-15
• 1.3 反演近岸海底地形的近代方法15-20
• 1.3.1 X-Band航海雷达15-17
• 1.3.2 视频图像和波数17-18
• 1.3.3 卫星遥感图像18-19
• 1.3.4 神经模糊技术19-20
• 1.4 国内外研究发展现状20-22
• 1.5 本文主要研究内容22-23
• 1.6 本文的主要创新性工作23-24
• 第2章 近岸海域流固耦合力学效应24-39
• 2.1 流体力学基本方程24-29
• 2.1.1 连续方程24-25
• 2.1.2 理想流体运动方程25-27
• 2.1.3 运动方程的三种积分形式27-29
• 2.2 液体表面波的基本方程29-32
• 2.2.1 势波的概念29-30
• 2.2.2 液体表面波的基本方程、边界条件和初始条件30-32
• 2.3 二维小振幅重力波的基本方程32-35
• 2.3.1 Airy波理论及近岸海域海水假设条件32-33
• 2.3.2 非线性自由表面运动边界条件33
• 2.3.3 非线性自由表面动力边界条件33
• 2.3.4 线性化自由表面边界条件33-35
• 2.4 二维小振幅重力波推进的速度势35-39
• 2.4.1 波面方程的假定35-36
• 2.4.2 二维小振幅重力波的速度势36-39
• 第3章 利用线性频散关系反演近岸海底地形39-55
• 3.1 波长的测量方法39-43
• 3.1.1 快速傅里叶变换方法下测量波长39-41
• 3.1.2 空间剖面测量波长方法41-43
• 3.2 研究区域的选择43-44
• 3.3 测量实例44-48
• 3.3.1 实例研究海域44-45
• 3.3.2 卫星遥感图像45-47
• 3.3.3 对照海图47-48
• 3.4 实验结果和评估48-53
• 3.4.1 深水波长的测量与波浪角频率的计算48-50
• 3.4.2 浅水波长的测量与水深反演50-51
• 3.4.3 精度评估51-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第4章 无角频率算法的推导与验证55-69
• 4.1 无角频率算法的推导55-57
• 4.2 无角频率算法的模拟实验验证57-60
• 4.2.1 模拟实验验证的方法57-58
• 4.2.2 模拟实验的设定数据58-59
• 4.2.3 反演结果分析59-60
• 4.3 无角频率算法的实例应用60-67
• 4.3.1 实验地点、卫星遥感图像和海图信息60-63
• 4.3.2 实验结果63-65
• 4.3.3 无角频率算法反演水深值与海图水深值的对比65-66
• 4.3.4 无角频率算法反演水深值与线性频散关系反演水深值的对比66-67
• 4.4 本章小结67-69
• 总结与展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文75

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1 方有清;卫星遥感图像数字处理与地学应用处理的珠联璧合──评曾志远教授的《卫星遥感图像计算机分类与地学应用研究》一书[J];遥感学报;2005年05期

2 苏新;美国卫星遥感图像销售的新政策[J];遥感信息;1994年03期

3 刘建强;应用前景广阔的海洋一号卫星[J];遥感信息;2002年03期

4 王树连;现代战争的神奇天眼——卫星遥感图像的军事应用[J];中国测绘;2005年01期

5 孙汉群;;遥感图像及其在地理课件中的应用[J];地理教学;2007年04期

6 黄永t，

本文编号：674342