[发明专利]一种用于探测第二模态凸型内孤立波振幅的方法

说明书

本发明公开了一种用于探测第二模态凸型内孤立波振幅的方法，包括以下步骤，采集第二模态凸型内孤立波引起的水体表面变化图和波形图，获得第二模态凸型内孤立波的光学遥感图像以及光学遥感图像对应的第二模态凸型内孤立波振幅，构建样本库；基于样本库，通过选取卷积神经网络，构建第二模态凸型内孤立波振幅光学遥感探测模型，第二模态凸型内孤立波振幅光学遥感探测模型用于通过采集真实海洋第二模态凸型内孤立波的光学遥感图像，获得真实海洋第二模态凸型内孤立波的第二模态凸型内孤立波振幅；本发明填补了直接利用光学遥感图像探测第二模态凸型内孤立波振幅的技术空白，提高内孤立波振幅探测精度。

技术领域

本发明属于内孤立波的光学遥感探测技术领域，特别是涉及一种用于探测第二模态凸型内孤立波振幅的方法。

背景技术

内孤立波是海洋中常见的中小尺度动力过程，根据振幅垂向结构所拥有的极值点个数，可分为第一模态、第二模态和更高阶模态。第二模态内孤立波的流核位于海面之下，引发的流速剪切较第一模态内孤立波更大，对海上作业平台造成了严重威胁，因此对第二模态内孤立波的研究日益受到关注。海洋中的第二模态内孤立波分为凸型波和凹型波，凸型波的等密度面起伏在温跃层上下反位相凸起，凹型波则恰好相反。由于海洋的分层结构，现场观测到的大多数是第二模态凸型内孤立波。内孤立波对海洋的影响主要与其强度有关，振幅是衡量内孤立波强度的一个重要指标。因此，利用光学遥感图像探测第二模态凸型内孤立波振幅是急需解决的关键技术。

研究表明，内孤立波会引起海表层流场发生辐聚、辐散与海面凸起。对于第一模态内孤立波，目前主要利用合成孔径雷达(SAR)图像来进行振幅反演，通过从SAR图像中提取内孤立波条纹的亮暗间距一个参量，利用内孤立波传播方程，结合当地水深、层结、密度等参量得到亮暗间距与半波宽度的关系，进一步得到振幅，并且该方法被借用到光学遥感图像的振幅反演中。第二模态凸型内孤立波的尺度较小，利用高空间分辨率的光学遥感图像才能够清楚观测到，关于第二模态凸型内孤立波遥感探测的研究很少，至今未见报道利用光学遥感图像探测第二模态凸型内孤立波振幅的方法。

对于光学遥感来说，内孤立波经过时会在图像上形成亮暗相间的条纹，目前还没有定量描述光学传感器辐亮度与内孤立波波要素关系的研究，并且光学遥感图像本身包含了影响内孤立波的多种信息，这些信息目前在振幅探测方面没有得到充分利用。其次，由于内孤立波的发生具有随机性，光学遥感图像与现场实测数据很难达到时空匹配，从而限制了利用光学遥感图像探测第二模态凸型内孤立波振幅的研究。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是借助卷积神经网络在图像领域的优势，综合考虑了引起内孤立波光学遥感图像变化的各种因素，利用光学遥感图像条纹全部信息发展第二模态凸型内孤立波振幅探测的新方法。

为实现上述目的，本发明提供一种用于探测第二模态凸型内孤立波振幅的方法，包括以下步骤：

采集第二模态凸型内孤立波引起的水体表面变化图和波形图，获得第二模态凸型内孤立波的光学遥感图像以及光学遥感图像对应的第二模态凸型内孤立波振幅，构建样本库；

基于样本库，通过选取卷积神经网络，构建第二模态凸型内孤立波振幅光学遥感探测模型，第二模态凸型内孤立波振幅光学遥感探测模型用于通过采集真实海洋第二模态凸型内孤立波的光学遥感图像，获得真实海洋第二模态凸型内孤立波的振幅。

优选地，在采集第二模态凸型内孤立波引起的水体表面变化图和波形图的过程前，对第二模态凸型内孤立波进行模拟，模拟的过程包括：

通过设置溶液深度、上层溶液、下层溶液以及上层溶液与下层溶液的跃层偏移比、塌陷高度、成像角度，构建仿真模型，其中跃层偏移比用于表示由上层溶液和下层溶液的界面构成的密度跃层的偏移比，所述塌陷高度用于表示利用重力塌陷法造波时重力势能的强度，所述成像角度用于表示由所述模拟实验获取第二模态凸型内孤立波图像时的角度；

基于仿真模型，通过重力塌陷法，获得第二模态凸型内孤立波。