海洋测绘和内陆水域监测的卫星大地测量关键技术及应用
完成单位:武汉大学

支撑项目(平台):

参与单位:武汉大学

所属学科:地球科学

主要贡献者:姜卫平,金涛勇,宁津生,翟国君,暴景阳,常晓涛,褚永海,王正涛,许军,徐新禹

成就简介:突破了多源卫星数据融合处理、海洋地理信息精细反演、陆海垂直基准无缝转换等关键技术,形成了自主创新的海洋测绘卫星大地测量技术方法体系。

我国是海洋大国,大陆海岸线长达1.8万多千米,拥有约300万平方千米的管辖海域。海洋孕育着地球生命和人类文明,蕴藏着极其丰富的自然资源。海洋测绘是维护海洋权益和发展海洋经济的重要保障,能为我国建设海洋强国和实施“一带一路”战略提供基础支撑信息。我国是海洋大国,但全球海洋测绘信息相对缺乏且建设能力不足,特别是全球平均海面高、海底地形等数值模型精度和分辨率低,全球海洋重力观测数据稀疏,陆海垂直基准难以无缝转换。
       历经近20年,“海洋测绘和内陆水域监测的卫星大地测量关键技术及应用”项目突破了多源卫星数据融合处理、海洋地理信息精细反演、陆海垂直基准无缝转换等关键技术,建立了精细的全球平均海面高、海洋潮汐、海洋重力异常和海底地形等系列模型,形成了自主创新的海洋测绘卫星大地测量技术方法体系;并拓展用于内陆水域,实现了对我国主要湖泊水位和长江流域水储量等的变化监测。主要创新成果有:
       1.创建了整体集成与深度融合的多源测高数据处理方法体系,解决了空间分辨率低、精度差异大等瓶颈问题,研制了国际同期分辨率最高、精度优于5cm的全球平均海面高模型WHU2000(如图2),随后发布了序列精细模型,并率先联合验潮站数据确定了近六十年全球海平面变化速率,摆脱了该领域对国外成果的依赖。
       2.创建了自主的精细海洋重力场和海底地形反演技术体系,解决了近岸数据质量差、计算效率低等难题,构建了1′×1′全球海域重力异常(如图3)和海底地形模型(如图4),精度与国际权威模型相比,重力异常在中国近海优于EGM2008和V23.1,海底地形比ETOPO1提高10-30%,为我国填补了大面积海洋重力和地形数据的空白。
       3.创建了联合卫星和海洋等多源数据确定垂直基准的技术方法,解决了近海分潮信息提取难、深度基准面多样等问题,率先构建了中国近海精度优于13cm的深度基准模型,实现了与国家陆地高程基准的无缝转换;并提出了区域与全球高程基准统一的严密实用方法,为我国全球地理信息资源建设提供技术支撑。
       4.创建了卫星大地测量技术监测内陆水域的新方法,解决了水域短弧段有效数据获取、小尺度流域水储量提取等难题,率先在国内建立了精度达厘米级的卫星测高湖泊水位变化监测平台,并构建了南北极和青藏高原冰川消融及长江流域水储量变化的十余年时间序列,为地理国情监测提供了一种新手段。
       项目成果广泛用于国家和浙江、江苏等近20个沿海区域数字高程基准构建,以及跨海岸带和岛礁建设工程,提供了不可或缺的海域重力数据,为我国测绘基准现代化和港珠澳大桥等近海工程的建设提供了重要保障;也用于建立东海、渤海等十多个海区的无缝深度基准,实现了烟台等港口及航道高精度高效水深测量的新模式,有力地保障了船舶航行安全;海洋重力、海底地形等成果用于水下航行器导航、南海基础地质研究、海洋资源调查等工作,填补了传统资料的空白,为维护海洋权益和开发海洋资源作出了突出贡献。还用于地理国情监测重大工程,获取了青海湖等湖泊水位变化,解决了无水文观测站湖泊水位监测的难题;也被德国、韩国等的科研机构用于深度基准转换等工作,在部分海域被证实精度最高。同时,为研发海洋二号卫星制定了误差指标分配方案;并为“927”等重大专项工程提供了技术支撑。
       发表论文267篇,出版专著7部;获专利和软件著作权登记7项,并获省部级科技进步特等奖1项,一等奖2项。获得2018年度国家科技进步二等奖。

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