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卫星雷达高度计应用成功案例
摘要：近 30 年来，卫星天底高度计为了解海洋和内陆水域动态提供了重要信息。通过高度计测量可以推断出各种参数，包括海面高度、海面风速、有效浪高以及陆地、海冰和冰盖的地形。利用这些参数以及跨越数十年的长期高度计数据记录，可以实现各种各样的社会应用。随着高度计卫星群的增长，现在可以通过重点介绍一系列可验证的成功案例来证明这些任务对不同用户群体的已证实价值。在本文中，我们回顾了一些高度计成功案例，这些案例单独或结合使用高度计数据或与数值模型或其他地球观测数据来解决关键的社会问题。首先，我们定义每个用例的问题或关键挑战，然后阐明基于高度计的成功解决方案的采用情况。我们的审查显示，科学界和利益相关方在缩小数据可用性与实际使用量之间的差距以解决各种应用方面取得了稳步进展。强调这些基于高度计的成功案例可以进一步促进未来卫星任务的广泛采用，例如计划于 2022 年发射的地表水和海洋地形 (SWOT) 任务。了解当前高度计观测的广泛用途可以帮助科学界证明继续使用雷达高度计和类似任务的价值，特别是那些具有扩展功能的任务，例如 SWOT。
Stamatiadis, Stamatis；Taskos, Dimitris；Tsadila, Eleftheria；Christofides, Calliopi；Tsadilas, Christos；以及 Schepers, James S.，“被动和主动冠层传感器在估算葡萄树生物量生产中的比较”（2009 年）。美国农业部农业研究局/内布拉斯加州大学林肯分校教职员工出版物。393。https://digitalcommons.unl.edu/usdaarsfacpub/393
摘要 光学设计和电子电路方面的最新进展使得近端传感器从被动式过渡到主动式。主动传感器不依赖自然光的反射，而是测量来自作物的调制光的反射，因此它们可以在所有光照条件下工作。这项研究比较了主动和被动冠层传感器在预测梅洛葡萄园 25-32 个随机选择位置的生物量产量方面的潜力。这两种传感器都提供了从转色期冠层天底视图估算的归一化植被指数 (NDVI)，这可以很好地预测修剪重量。虽然被动传感器的红色 NDVI 更多地解释了生物量的变化（R 2 = 0.82），但它与修剪重量的关系是非线性的，最好用二次回归来描述（NDVI = 0.55 - 0.50 wt - 0.21 wt 2）。琥珀色 NDVI-生物量关系理论上的线性度更高，但在高生物量条件下无法验证。叶片中稳定同位素含量（13 C 和 15 N）的线性相关性提供了证据，表明冠层反射率可以检测到由于缺水和肥料氮吸收有限而导致的植物压力。因此，这些移动传感器提供的冠层反射率数据可用于改善葡萄园的特定地点管理实践。
使用舰载固定翼无人机进行测量...
从研究船上部署和回收自主或遥控平台已成为显著扩展研究船队能力和范围的一种方式。本文介绍了从船上发射和回收的波音 Insitu ScanEagle 无人机 (UAV) 的使用情况。在 2012 年 10 月的中太平洋赤道混合 (EquatorMix) 实验和 2013 年 7 月的弗吉尼亚海岸三叉戟勇士实验期间，无人机被用来表征海洋大气边界层 (MABL) 的结构和动态，并测量海洋表面过程。无人机测量结果包括大气动量和辐射、感热和潜热通量，并辅以船载仪器的测量结果，包括前桅 MABL 涡流协方差系统、激光雷达高度计和数字化 X 波段雷达系统。在 EquatorMix 期间，无人机测量结果揭示了船舶测量未采样的纵向大气滚动结构，这对热量和动量的垂直通量有重大影响。使用天底无人机激光雷达，可以观察到内部波的表面特征，与船载 X 波段雷达、水文多普勒声纳系统和理论模型的测量结果一致且连贯。在三叉戟勇士实验中，仪器化的无人机用于演示将无人机的气象数据实时同化到区域耦合海洋-大气模型中。仪器化的无人机在偏远海洋位置的大气和海洋测量中提供了前所未有的时空分辨率，展示了这些平台扩展海洋和大气研究舰队范围和能力的能力。
使用舰载固定翼无人机... - AMS 期刊
从研究船上部署和回收自主或遥控平台已成为显著扩展研究船队能力和范围的一种方式。本文介绍了从船上发射和回收的波音 Insitu ScanEagle 无人机 (UAV) 的使用情况。在 2012 年 10 月的中太平洋赤道混合 (EquatorMix) 实验和 2013 年 7 月的弗吉尼亚海岸三叉戟勇士实验期间，无人机被用来表征海洋大气边界层 (MABL) 的结构和动态，并测量海洋表面过程。无人机测量结果包括大气动量和辐射、感热和潜热通量，并辅以船载仪器的测量结果，包括前桅 MABL 涡流协方差系统、激光雷达高度计和数字化 X 波段雷达系统。在 EquatorMix 期间，无人机测量结果揭示了船舶测量未采样的纵向大气滚动结构，这对热量和动量的垂直通量有重大影响。使用天底无人机激光雷达，可以观察到内部波的表面特征，与船载 X 波段雷达、水文多普勒声纳系统和理论模型的测量结果一致且连贯。在三叉戟勇士实验中，仪器化的无人机用于演示将无人机的气象数据实时同化到区域耦合海洋-大气模型中。仪器化的无人机在偏远海洋位置的大气和海洋测量中提供了前所未有的时空分辨率，展示了这些平台扩展海洋和大气研究舰队范围和能力的能力。
isprs-archives-XLII-2-W9-93-2019.pdf
无人机摄影测量考古调查质量评估 S. Barba a , M. Barbarella b , A.Di Benedetto c , M. Fiani a , M. Limongiello a a 意大利菲夏诺 (SA) 萨勒诺大学土木工程系 (sbarba; m.fiani; mlimongiello)@unisa.it; b 意大利博洛尼亚大学土木、化学、环境和材料工程系 - ARCES maurizio.barbarella@unibo.it c 意大利罗马第三大学土木工程系 alessandro.dibenedetto@uniroma3.it 委员会 II 关键词：重投影误差、阿维拉露天剧场、3D 模型、GNSS 测量。摘要：本文报告了使用无人机 (UAV) 在阿韦利亚 (意大利阿韦利诺) 的罗马圆形剧场考古遗址进行的摄影测量调查的结果。本研究的目的是验证哪种图像采集方式（如果只有底部图像或底部加倾斜图像）与全球定位卫星系统 (GNSS) 测量地面控制点 (GCP) 的方法相结合能够在精度方面生成更好的 3D 模型，以便提取适合所需表示比例（1:100 和 1:50）的传统图形绘图（平面图、立面图和剖面图）。通过分析 GCP 上的残留物来评估地理参考的准确性；随后，对最终 3D 模型的精度进行了更详细的分析，分析了图像坐标上的残差，也称为重新投影误差。所开发的方法基于对不同模型的统计分析，这些模型是通过改变 GCP 的测量方法和获取的摄影测量照片而建立的。1.介绍我们的分析结果表明，仅使用天底图像进行摄影测量更“稳定”，并且 nRTK 技术可以实现与静态测量相当的结果，无论是精度还是可靠性。此外，如果在 nRTK 模式下测量 GCP，考虑到图形误差，最大表示比例为 1:100，而使用静态技术可以以 1:50 的比例描述主要细节。
和多波束声纳后向散射图像
(https://maps.ccom.unh.edu/portal/apps/webappviewer/index.html?id=28df035fe82c423cb3517295d9 bbc24c#. 2021 年 12 月 10 日) ........................................................................................................................... 20 图 19：R/V Gulf Surveyor (http://ccom.unh.edu/facilities/research-vessels/rv-gulf-surveyor)。 .......... 21 图 20：RVGS 图，其中包含关键位置和拖曳点相对于船舶参考点的偏移（未按比例绘制）。 ............................................................................................................................. 21 图 21：安装了拖缆的 R/V Gulf Surveyor 甲板上的 Klein 4K-SVY 侧扫。 ............................................................................................. 23 图 22：具有声学阴影、距离尺度、第一次回波和水柱的典型 SSS 数据示例。 ........................................................................................................................................................... 24 图 23：带有集成表面声速探头的 Kongsberg EM2040P MBES。 (https://www.kongsberg.com/maritime/products/ocean-science/mapping-systems/multibeam-echo- sounders/em-2040p-mkii-multibeam-echosounder-max.-550-m/) ........................................................................... 25 图 24：安装在 R/V Gulf Surveyor 中心支柱上的 EM2040P（照片：NOAA 的 Patrick Debroisse 中尉）。 ........................................................................................................................................... 26 图 25：在 50m 范围内布置用于位置置信度检查的 SSS 线。 ........................................................................... 27 图 26：相对于 MBES 目标位置（红色）的 SSS 接触位置（蓝色）。 ......................... 28 图 27：地理参考框架和船舶参考框架中的接触位置误差。接触位置主要位于 MBES 位置的东面。 ......................................................................... 28 图 28：应用地图校正后的 SSS 接触位置。 ......................................................................... 29 图 29：应用地图校正后，在地理和船舶参考框架中看到的 SSS 接触位置 ............................................................................................................................. 29 图 30：测量区域，其中 60m 和 80m 线路平面图以红色显示。 ........................................................................... 30 图 31：掩盖马赛克（左）隐藏接触，透过马赛克（右）显示接触。 ...... 32 图 32：使用自动所有数据，显示应用增益和定位校正之前的所有线路的 SSS 马赛克。覆盖在 RNC 13283 上。...................................................................................................... 33 图 33：使用 Auto-All 数据可视化应用地图校正和 EGN 后的 SSS。....... 34 图 34：DTM（顶部）显示折射伪影，与 ping 数据（底部）中看到的伪影相同。...................................................................................................................................................................... 35 图 35：EM2040P MBES 数据的全覆盖 DTM............................................................................................................. 36 图 36：EM2040P 数据从天底滤波到 45º 后的 DTM。............................................................................. 37 图 37：EM2040P 以 300 kHz 和 50cm 分辨率收集的 MBAB。西北采集点在左侧，东南采集点在右侧。后向散射强度以分贝表示，默认比例为 10 到 -70dB。 ........................................................................................................................... 38 图 38：调整后的 NW MBES 数据可视范围为 -4 至 -28db.................................... 39 图 39：SSS 接触位置（左）和 MBES 假定的“真实”位置（右）。........................................ 40 图 40：应用地图校正后的 SSS 接触位置。原始 SSS 位置以绿色标记标注。............................................................................................................. 41 图 41：地图校正前（左）和地图校正后（右）的另一个示例，最初显示两条独立的龙虾笼线。............................................................................................. 41 图 42：应用地图校正后，两条 SSS 线之间的差异约为 7.5 米。红色框突出显示了沙波应重叠的区域。............................................................................. 42 图 43：NW 采集站点：叠加之前的 MBES（顶部）、SSS（中）和 MBES 后向散射（底部）。 ........................................................................................................................................................... 44 图 44：SE 采集点：叠加前的 MBES（顶部）、SSS（中间）和 MBES 背向散射（底部）。 ........................................................................................................................................... 45左侧为西北方向采集点，右侧为东南方向采集点。后向散射强度以分贝表示，默认范围为 10 至 -70dB。 ........................................................................................................................... 38 图 38：调整后的西北方向 MBES 数据可视范围为 -4 至 -28db........................................ 39 图 39：SSS 接触位置（左）和 MBES 假定的“真实”位置（右）。............................................................. 40 图 40：应用地图校正后的 SSS 接触位置。原始 SSS 位置以绿色标记标注。 .................................................................................................................... 41 图 41：地图校正前（左）和地图校正后（右）的另一个示例，最初显示两条独立的龙虾笼线。 .................................................................................................................... 41 图 42：应用地图校正后，两条 SSS 线之间的差异约为 7.5 米。红框突出显示了沙波应该重叠的区域。 ........................................................................... 42 图 43：NW 采集点：MBES（顶部）、SSS（中间）和 MBES 背向散射（底部）在叠加之前。 ............................................................................................................................................................. 44 图 44：SE 采集点：MBES（顶部）、SSS（中间）和 MBES 背向散射（底部）在叠加之前。 ............................................................................................................................................................. 45左侧为西北方向采集点，右侧为东南方向采集点。后向散射强度以分贝表示，默认范围为 10 至 -70dB。 ........................................................................................................................... 38 图 38：调整后的西北方向 MBES 数据可视范围为 -4 至 -28db........................................ 39 图 39：SSS 接触位置（左）和 MBES 假定的“真实”位置（右）。............................................................. 40 图 40：应用地图校正后的 SSS 接触位置。原始 SSS 位置以绿色标记标注。 .................................................................................................................... 41 图 41：地图校正前（左）和地图校正后（右）的另一个示例，最初显示两条独立的龙虾笼线。 .................................................................................................................... 41 图 42：应用地图校正后，两条 SSS 线之间的差异约为 7.5 米。红框突出显示了沙波应该重叠的区域。 ........................................................................... 42 图 43：NW 采集点：MBES（顶部）、SSS（中间）和 MBES 背向散射（底部）在叠加之前。 ............................................................................................................................................................. 44 图 44：SE 采集点：MBES（顶部）、SSS（中间）和 MBES 背向散射（底部）在叠加之前。 ............................................................................................................................................................. 45........... 42 图 43：NW 采集点：MBES（顶部）、SSS（中间）和 MBES 背向散射（底部）在叠加之前。 ............................................................................................................................................................. 44 图 44：SE 采集点：MBES（顶部）、SSS（中间）和 MBES 背向散射（底部）在叠加之前。 ............................................................................................................................................................. 45........... 42 图 43：NW 采集点：MBES（顶部）、SSS（中间）和 MBES 背向散射（底部）在叠加之前。 ............................................................................................................................................................. 44 图 44：SE 采集点：MBES（顶部）、SSS（中间）和 MBES 背向散射（底部）在叠加之前。 ............................................................................................................................................................. 45