CN110441768B - 一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的*** - Google Patents

一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的*** Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的方法，其包括剖面图显示优化模块与冰面/基岩界面提取模块，剖面图显示优化模块首次采用多效果优化融合的手段，可以使剖面图中界面信息更加清晰，而发明的半自动界面提取模块可以快速、准确的得到界面参数，对于南极航空观测现场数据的分析、处理具有重要意义。

Description

一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的***
技术领域
本发明涉及雷达冰川学领域，具体涉及到一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的方法设计。
背景技术
在全球气候变暖的背景下，监测和评估极地冰盖的变化及其对全球气候和海平面的影响至关重要。由于航空平台具有数据获取效率高、可抵达区域广和覆盖范围大等优势，因此国际上多科***同步观测的航空地球物理调查成为主流手段，其中航空冰雷达更是从上世纪60年代开始广泛应用于极地冰盖调查。冰雷达发射的甚高频频段的电磁波对于冰体具有强穿透性，不仅可以用于识别冰盖下数公里厚的基岩界面，还可以获得高分辨率的冰盖内部冰层分布特征，是目前探测极地冰盖、冰架和冰川的冰岩界面、冰体内部结构和冰厚等几何特征的最主要的技术手段。通过冰雷达观测得到的极地冰盖厚度和冰下地形数据集，是冰盖和全球气候模拟研究的重要参数和边界条件。
因此，通过设计一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的方法，可以有效提高航空观测现场冰雷达数据的分析与研究水平，为发现与解决冰川学科研问题提供了一种极为有效的手段。
发明内容
本发明提出了一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的***，其包括剖面图显示优化模块与冰面/基岩界面提取模块，剖面图显示优化模块首次采用多效果优化融合的手段，可以使剖面图中界面信息更加清晰，而发明的半自动界面提取模块可以快速、准确的得到界面参数，对于南极航空观测现场数据的分析、处理具有重要意义。
冰雷达剖面图以3200*n个像素(n为该段冰雷达数据的方位向采样数)进行显示，研究人员选定任意冰雷达数据后，每个像素的能量单位为1000dB，接下来对选定的冰雷达数据进行剖面显示优化：该模块共使用3种优化相结合的方法，包括多颜色映射显示、数据单道显示与降噪3种剖面图效果优化手段，先降噪再选择多颜色映射显示或者数据单道显示进行界面信息提取。通过上述方法即可获得界面清晰、噪声较小的冰雷达剖面图。多颜色映射方法可以为剖面图提供多种颜色以便研究人员更易发现剖面图中较难察觉的界面信息；数据单道显示将冰雷达数据单道图以剖面图中该道数据的显示长度进行同比例显示，使得研究人员可以直接横向对比单道图中波形的峰值对界面位置进行判断；通过人工干预，限制冰雷达数据能量的极值，降低冰雷达剖面图的噪音，进而提高冰雷达剖面图的成像效果。
冰雷达剖面图显示中，一般在冰面、中间层与基岩界面部分会导致信号反射能量的增加，这种区域显示颜色较为明亮，而信号反射能量较弱地方的颜色较为暗淡，因此，一般使用由明至暗的颜色映射进行冰雷达数据的显示。但是，有时候部分位置的冰情过于复杂，导致界面的反射能量显示的亮度难以辨认，因此，我们选择了暗灰色、亮红蓝色、翠绿色、灰白色、蓝红色与黄紫色这6种差异较大的颜色映射对冰雷达剖面图进行显示(颜色映射来源：http：//creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/)，多颜色映射可以让研究人员有多种选择对冰情复杂区域进行分析研究，有效提高了病情复杂区域的界面信息分辨能力。
冰雷达剖面图分析过程中，为了可以更加准确的对界面进行判断、分析，因此，采用了单道参考显示的研究方法，按同比例将冰雷达数据单道图在冰雷达剖面图中进行显示，使得研究人员可以直接通过单道图中波形的峰值对界面位置进行判断。
由于冰雷达本身***原因，反射信号能量可能存在过大或过小的问题，这样就会在冰雷达剖面图中出现极亮或极暗的噪声，这种噪声极其影响成像效果，为了尽可能地减少其对冰雷达剖面图的影响，采用了缩小显示数据区间的方法，通过人为降低冰雷达数据中的最大值并提高冰雷达数据中的最小值，并经过研究人员多次手工调试与经验判断，选取冰雷达数据最优的最大值与最小值，这项操作可以有效提高冰雷达剖面图的成像效果，并提高有效信息的分辨率。
冰面/基岩界面提取：为了定量地分析南极冰川与全球气候之间的关系，需要从冰雷达剖面图中准确地获取冰厚、基岩反射率等数据进行初步的分析。因此，发明了半自动提取冰面/基岩界面的方法，通过手动选取冰面与基岩界面的上下界，然后对选取上下界中能量反射最高对的位置使用三次样条插值法，可以得到极为准确的基岩或冰面界面数据。
有益效果
本发明提出了一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的方法，其包括剖面图显示优化模块与冰面/基岩界面提取模块，剖面图显示优化模块首次采用多效果优化融合的手段，可以使剖面图中界面信息更加清晰，而发明的半自动界面提取模块可以快速、准确的得到界面参数，对于南极航空观测现场数据的分析、处理具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施总体流程图
图2为本发明剖面图显示优化模块的流程示意图。
图3为本发明冰面/基岩界面提取模块的流程示意图。
图4为本发明多功能分析方法界面示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。
图1是本发明提出的一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的方法的具体设计方案，如图1所示，包括：
剖面图显示优化模块与冰面/基岩界面提取模块。
剖面图显示优化模块：冰雷达剖面图以3200*n个像素(n为该段冰雷达数据的方位向采样数)进行显示，航空冰雷达数据成像：研究人员选定任意冰雷达数据后，每个像素的能量单位为1000dB。该模块共使用3种优化相结合的方法，包括多颜色映射显示、数据单道显示与降噪3种优化手段，通过该融合多剖面优化方法的手段，即可获得界面清晰、噪声较小的冰雷达剖面图。
冰面/基岩界面提取：由于传统基岩界面提取需要多次手动划定一个矩形的范围，一是操作不便，二是提取数据的准确性不高。因此，通过人工灵活地选取冰面与基岩界面的上下界，然后自动选取上下界中的最大值，并对选取的最大值使用三次样条插值法，最后得到了半自动选取的基岩与冰面的界面数据，相较于传统方法有效提高了界面提取的效率与准确性，如图4所示，图中手动选取上下界内的线条即为最终提取出的界面数据。
本发明提出了一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的方法，其包括剖面图显示优化模块与冰面/基岩界面提取模块，剖面图显示优化模块首次采用多效果优化融合的手段，可以使剖面图中界面信息更加清晰，而发明的半自动界面提取模块可以快速、准确的得到界面参数，对于南极航空观测现场数据的分析、处理具有重要意义。
应当理解，虽然本说明书根据实施方式加以描述，但是并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域的技术人员应当将说明书作为一个整体，各个实施方式中的技术方案也可以适当组合，按照本领域技术人员的理解来实施。
上文所列出的一系列详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用于限制本发明的保护范围，凡是未脱离发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种快速提取南极航空冰雷达数据冰面与基岩界面的***，其特征在于包括剖面图显示优化模块与冰面/基岩界面提取模块，
其中，剖面图显示优化模块采用多效果优化融合的手段，用于获得界面清晰、低噪声的冰雷达剖面图，所述的多效果优化融合的手段包括多颜色映射显示、数据单道显示与降噪3种优化手段；首先进行降噪，降噪具体采用缩小显示数据区间的方法，用于提高冰雷达剖面图的成像效果；然后在降噪的基础上进行多颜色映射显示或者数据单道显示，其中，多颜色映射显示为剖面图中信号强度不一致的有效数据提供多种显示颜色，用于提取界面信息；数据单道显示按同比例将冰雷达数据单道图在冰雷达剖面图中进行显示，用于通过单道图中波形的峰值对界面位置进行直接判断；
冰面/基岩界面提取：从经过剖面图显示优化模块处理之后的剖面图中，手动选取冰面与基岩界面的上下界，然后对选取的上下界中能量反射最高的位置使用三次样条插值法，得到基岩或冰面界面数据。
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