[发明专利]一种基于卫星高度计反演海底地形的方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于卫星高度计反演海底地形的方法，包括：根据卫星测高数据，获取大地水准面信息和垂线偏差信息；根据海洋重力异常测量数据、观测海域的卫星测高数据，以及所述大地水准面信息和垂线偏差信息，构建基于神经网络的海洋重力异常模型；通过所述海洋重力异常模型，获取相应海域的海洋重力异常数据；将所述海洋重力异常数据、相应海域的平均水深、最大水深、地壳和海水的密度差异数据作为输入数据，构建基于深度神经网络的海底地形反演模型；通过所述海底地形反演模型，提取输入数据中的海底地形相关特征，反演相应海域的海底地形。解决海底地形反演的空间分辨率较低与最优密度差异常数确定困难的问题。

技术领域

本申请涉及海底地形反演技术领域，具体涉及一种基于卫星高度计反演海底地形的方法和系统。

背景技术

海底形状的详细描述对人类来说至关重要的意义，海底地形或水深测量为航行安全、海洋工程建设以及海洋科研工作等许多应用提供基本数据。传统上，海底地形的测绘是由船载回声测深测量，由于项目花费大、测量周期长、测量数据稀疏等技术条件的限制，使得目前大面积海域存在数据空白的问题，卫星雷达高度计的出现凭借其覆盖面积大、检测能力强、获取信息量大、快速地观测海洋变化的优势，使得精确估计测深数据成为可能。目前，基于卫星高度计的海底地形反演主要采用物理公式和数学模型，由于计算量大且所获得的有效信息和规则不够全面，无法拟合非线性关系。因此，高精度、高分辨率的海底地形地貌反演技术亟待改进。基于重力地质法利用卫星测高数据开展高精度、高分辨率地形地貌反演研究，主要研究内容包括两方面:一是基于卫星测高反演海洋重力模型研究。二是基于海洋重力异常反演海底地形研究。

联合现有多源卫星和海洋现场观测数据进一步提高海洋地理信息产品的精度和分辨率也是未来发展的重要方向之一，以满足日益增加的海洋工程和全球资源建设的需求。科学家也证实了重力梯度更能敏感海底地形的短波部分，而关于利用重力梯度数据来反演海底地形的成果则不多见。基于卫星数据的海底地形反演大体可分为两类，一类是基于遥感影像的反演方法，另一类是基于卫星测高重力场数据的反演方法，空间重力异常与海底地形在一定波段内存在相关性，使得卫星重力异常可用于海底地形数据的反演。

目前的研究主要采用的是重力异常来反演海底地形，而重力异常仅在20～200km波段内与海底地形之间的相关系数较高，为了提升海底地形反演的空间分辨率以及最优密度差异常数的确定问题，为此提出一种基于卫星测高的海底地形反演方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷与改进需求，本申请的目的是提供一种基于卫星高度计反演海底地形的方法和系统，以解决海底地形反演的空间分辨率较低与最优密度差异常数确定困难的问题，进而解决高精度、高分辨率的海底地形反演存在的技术局限问题。

本申请提供的一种基于卫星高度计反演海底地形的方法，包括：

根据卫星测高数据，获取大地水准面信息和垂线偏差信息；

根据海洋重力异常测量数据、观测海域的卫星测高数据，以及所述大地水准面信息和垂线偏差信息，构建基于神经网络的海洋重力异常模型；

通过所述海洋重力异常模型，获取相应海域的海洋重力异常数据；将所述海洋重力异常数据、相应海域的平均水深、最大水深、地壳和海水的密度差异数据作为输入数据，构建基于深度神经网络的海底地形反演模型；

通过所述海底地形反演模型，提取输入数据中的海底地形相关特征，反演相应海域的海底地形。

优选的，根据卫星测高数据，获取大地水准面信息和垂线偏差信息，包括：

对卫星测高数据进行预处理，所述预处理包括误差改正和滤除噪声数据；

将预处理后的卫星测高数据通过共线处理和交叉点平差处理，得到大地水准面信息和垂线偏差信息。

优选的，在构建基于神经网络的海洋重力异常模型的步骤之后，还包括：