1 河南理工大学测绘与国土信息工程学院，焦作 454000
2 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
3 江苏省环境监测中心，南京 210019
利用卫星遥感反演水体中的悬浮物浓度对水质监测和保护具有重要意义，在悬浮物浓度反演过程中，如何避免或最大程度降低水体中叶绿素a、有色可溶性有机物（Colored Dissolved Organic Matter，CDOM）的干扰是当前的技术难点。文章针对可持续发展科学卫星1号（SDGSAT-1）MII传感器，利用Hydrolight辐射传输模型，从理论上挖掘只与悬浮物强相关的反演因子，以此构建适用于MII影像的太湖悬浮物浓度反演模型，通过水体的实测数据和遥感数据对模型应用效果进行验证。结果表明：反演因子$ R'{\text{(}}{B_{\text{5}}}{\text{/}}{B_{\text{3}}}{\text{)}} $与悬浮物浓度为强相关，同时与叶绿素a、CDOM浓度弱相关；利用$ R'{\text{(}}{B_{\text{5}}}{\text{/}}{B_{\text{3}}}{\text{)}} $作为反演因子构建的幂函数模型为最优反演模型；将幂函数模型分别应用于实测数据和2022年5月4日的太湖SDGSAT-1 MII数据，两次验证试验显示反演结果和现场测量结果具有较强一致性，模型适用性较好。该研究可为SDGSAT-1卫星在湖泊水体悬浮物浓度监测、水资源评估与保护等提供一些技术参考。
悬浮物浓度反演 可持续发展科学卫星1号 相关性 水体辐射传输模拟 遥感应用 suspended matter concentration retrieval SDGSAT-1 correlation water body radiative transfer simulation remote sensing applications
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 宇航智能控制技术国防科技重点实验室，北京 100089
4 自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室，浙江 杭州 310012
5 中国科学院大学杭州高等研究院物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
针对水下鬼成像重构质量下降、分辨率退化的问题，分析水体对散斑场传播的作用，提出在重构计算前将参考臂散斑进行校正的方法，以实现对物臂散斑场的退化补偿，进而提高水下鬼成像的成像质量。首先根据近似的S-S（Sahu-Shanmugam）散射相函数和Wells模型推导得到调制传递函数，用来描述水体对散斑的退化作用；然后对参考臂散斑场进行校正补偿，使参考臂散斑与物臂散斑具有相同的退化程度以恢复关联性；最后采用校正后的参考臂散斑进行图像重构。从理论上证明了所提方法在二阶关联计算中会使得图像退化加剧，而在基于伪逆的重构计算中则可以有效提高图像分辨率、改善图像质量。通过仿真和实验验证了理论模型的正确性，该研究为远距离水下目标鬼成像图像恢复提供了新的思路。
海洋光学 水下鬼成像 散斑场退化补偿 水体调制传递函数 二阶关联 伪逆
张胜 1,2,3,*王永军 1,2,3王瑞军 1,2,3黄清波 1,2,3[ ... ]武明洋 1,2,3
1 核工业航测遥感中心石家庄 050002
2 国家核应急航空监测技术支持中心石家庄 050002
3 中核核应急航空监测工程技术研究中心石家庄 050002
针对当前海洋、湖泊、水库、河流等水体放射性在线监测和应急监测的实际需要，研制了一套水体γ放射性在线监测系统。监测系统由基于NaI探测器的γ射线监测装置、4G远程终端（4G Remote Terminal Unit，4G-RTU）通信单元、供电一体化防水抗压浮体装置以及配套软件组成。利用监测系统开展了γ射线监测装置的主要性能指标、系统的适应性和准确性以及软件功能等测试，采集了足量的原始能谱数据，进行了设计指标与实测指标的对比分析，并开展了初步应用研究。结果表明：在4G网络覆盖的范围内，该系统能够实现全天时远程操控设备，完成实时在线监测并上传数据，满足应用需求，达到预期功能。系统的可探测能量范围为30~3 000 keV，对137Cs的662 keV γ射线的能量分辨率为7.3%；对208Tl的2 614 keV γ射线的能谱漂移为0.33%，能谱能量线性度为0.999 970；系统在连续工作7 h条件下，能谱稳定性最大值为2.28%，最小值为-2.36%，对137Cs的最小可探测活度（Minimum Detectable Activity，MDA）为0.75 Bq?L-1；系统的工作温度范围为-5~+50 ℃。该系统可用于海洋、湖泊、河流等水体的放射性在线监测和应急监测领域，具有重要的推广价值和应用前景。
4G-RTU 水体 γ放射性 在线监测 4G-RTU Water body γ radioactivity Online monitoring
中国海洋大学信息科学与工程学部海洋技术学院，山东 青岛 266100
激光在海水传输过程中，接收视场逐渐增大、多次散射逐渐增强，导致叶绿素剖面反演误差较大。针对该问题，以反向传播（BP）神经网络为基础，建立了一个激光雷达回波信号反演叶绿素a浓度剖面的模型。数据集中包含标签-叶绿素a浓度与特征-激光雷达回波信号剖面。获得激光雷达回波剖面后，为了增强输入特征，使用随机抽样一致（RANSAC）算法剔除噪声，完成数据集搭建，进而以不同层网络的均方误差确定模型结构。反演结果显示：相比于传统的利用后向散射系数反演叶绿素浓度的方法，基于激光雷达回波的BP神经网络叶绿素剖面反演算法在验证集上的相对误差、均方根误差、平均误差分别降低了34%、0.363 mg/m3和0.213 mg/m3，相关系数提高了0.18。传统方法在50 m深度水体的叶绿素浓度相对误差为39%~93%，基于神经网络的剖面反演算法对应的相对误差为17%~36%，反演精度具有较大提升。对于实测数据，LIMC-BPNN反演结果的相对误差为13%。结果表明，相比于传统叶绿素反演方法，基于深度学习的叶绿素剖面反演算法能够有效提取激光雷达回波特征，得到更好的反演结果。
海洋光学 反向传播神经网络 垂直剖面 水体光学参数 叶绿素a 光学学报
2023, 43(24): 2401007
1 中科星图智慧科技有限公司 行业应用事业部，山东 青岛 266000
2 中科星图股份有限公司 行业应用事业部，北京 101300
3 生态环境部卫星环境应用中心 数据中心， 北京 100094
研究采用卫星遥感技术获取高分辨率遥感影像水体样本数据集，基于深度卷积神经网络从高分辨遥感影像中提取水体并进行黑臭水体智能监测，提出了一种改进U-Net的黑臭水体检测网络模型(IWDNet)。基于U-Net结构引入跳跃式多尺度特征融合，结合通道注意力机制、卷积注意力模块、通道与空间注意力机制生成不同多尺度特征融合注意力机制(MFFAM)模块进行对比，并引入空洞卷积扩大网络感受野，最终实现黑臭水体的识别检测。实验证明: 基于跳跃式多尺度融合与CBAM注意力机制的黑臭水体检测网络(MFFCBAM-IWNet)模型有效提升了识别精度，在高分辨遥感影像水体样本数据集上表现最佳，总体精度达98.56%，Kappa系数达0.9784。
神经网络 遥感影像 黑臭水体检测 neural network remote sensing image impaired water detection
1 浙江大学海洋学院，浙江 舟山 316021
2 自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室，浙江 杭州 310012
针对国内尚没有大角度范围的水体颗粒偏振体散射函数测量仪的问题，基于潜望镜式光路结构与旋转偏振探测器的探测方式，建立了水体颗粒偏振体散射特性测量系统，验证了采用半衰片胶合方式的出射棱镜对大角度偏振体散射特性测量的适用性，实现了10°~170°范围内3×3水体颗粒散射穆勒矩阵的测量。对系统开展了角度、幅值及偏振标定，根据系统结构和水下传输原理进行了散射光程归一化和水下衰减矫正。实验结果表明，3 μm直径聚苯乙烯标准颗粒测量结果与理论计算值吻合良好，证明了该套系统的可靠性。同时在千岛湖自然水体对该套系统进行了测试验证，获得的水体颗粒物10°~170°范围内3×3水体颗粒散射穆勒矩阵测量结果表明偏振体散射特性能够提供更丰富的颗粒特性信息。
水体颗粒 偏振 穆勒矩阵 体散射函数 光学学报
2023, 43(18): 1829002
1 昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093
2 昆明理工大学计算中心，云南 昆明 650500
3 普洱市三维测绘工程有限公司，云南 普洱 665000
目前水体提取算法对中低分辨率遥感影像的提取效果较好，但应用于高分辨率影像细小水体时易受混合像元、异物同谱和阴影等因素的影响，从而出现误判。针对高分辨率影像中大面积水体和细小水体同时存在的问题，为快速地提取大面积水体并有效地避免细小水体提取中阴影的影响，采用多尺度和光谱差异分割提取较大面积水体，同时针对细小水体阴影的影响，提出一种新的阴影指数（LGR）结合面向对象的水体提取方法。对所提方法的提取结果与决策树、支持向量机、随机森林、NDWI＋NIR、卷积神经网络提取方法进行比较，实验得出提取水体的精度分别为94.86%、88.85%、87.15%、88.8%、91.46%、92.42%，说明所提方法对高分辨率影像大面积和细小水体具有较高的提取精度，并能通过不同尺度的分割保证较好的提取效率。
GF-2 BGR 多尺度分割 光谱差异分割 逆差距 细小水体 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1628002
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
3 中国科学院 南海海洋研究所，广东广州51001
4 浙江大学 信息与电子工程学院，浙江杭州310027
5 吉林江机特种工业有限公司，吉林长春132021
水下连接器是水下观测网的关键零部件，采用油液密封方式实现低损耗连接，但该方式会导致光连接结构复杂、工程研制难度大。为解决此问题，对比陆基光纤网络的连接方式，提出接触式光纤连接器水下原位湿插拔的方案。基于水体吸收特性、朗伯-比尔定律以及液体的表面张力等理论进行原理分析，在光纤端面形成厚度在5 μm以内的水膜且该厚度水膜对1 310，1 550 nm波段的吸收损耗可忽略不计；然后，以1 550 nm波段为例，对光纤在空气、水、硅油的耦合损耗情况进行实验分析，并利用设计的光插针结构进行性能验证。实验数据显示，光纤水下原位湿插拔的平均损耗为0.17 dB，光插针的原位湿插拔平均损耗为0.23 dB。由此表明，接触式光纤耦合设计能够满足水下湿插拔的低损耗连接要求。本文为水下光纤湿插拔连接器领域提供了新思路，提出在确保水体清洁的情况下可直接进行水下原位湿插拔的设计方案，有望打破国外以油液密封方式建立的技术垄断。
水下连接器 湿插拔 水体吸收特性 光纤耦合 性能分析 underwater connector wet-mateable water absorption properties fiber-coupling performance analysis
