Архив
Том 21, 2024
Том 20, 2023
Том 19, 2022
Том 18, 2021
Том 17, 2020
Том 16, 2019 г.
Том 15, 2018 г.
Том 14, 2017 г.
Том 13, 2016 г.
Том 12, 2015 г.
Том 11, 2014 г.
Том 10, 2013 г.
Том 9, 2012 г.
Том 8, 2011 г.
Том 7, 2010 г.
Выпуск 6, 2009 г.
Выпуск 5, 2008 г.
Выпуск 4, 2007 г.
Выпуск 3, 2006 г.
Выпуск 2, 2005 г.
Выпуск 1, 2004 г.
Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 1. С. 245-257

Натурные измерения спектра поверхностных волн по фотографиям с беспилотного мультикоптера

М.В. Юровская 1, 2 , В.Н. Кудрявцев 2, 1 , А.С. Широков 2 , И.Ю. Нaдоля 2 
1 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия
2 Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 12.12.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-1-245-257
Измерения, выполняемые с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), получают всё более активное применение в различных научных и прикладных исследованиях. В данной работе описывается методика восстановления двумерного пространственного спектра волнения по изображениям морской поверхности, сделанным с БПЛА в зоне солнечного блика. Обсуждаются технические особенности использования БПЛА для фотографирования морской поверхности и даются рекомендации к проведению измерений. Подход к восстановлению спектра основан на построении линейной передаточной функции между спектром вариаций яркости изображения в блике и спектром возвышений морской поверхности. Преимуществом методики является отсутствие каких-либо дополнительных предположений о форме восстанавливаемого спектра, яркости небосвода, функции распределения уклонов поверхности и т. д. Представлен пошаговый алгоритм обработки изображений для восстановления абсолютных значений спектра волн. Методика протестирована в ходе экспериментальных работ в Чёрном море близ п. Кацивели (Крым) при различных условиях волнения. Сопоставление восстановленных спектров с данными решётки струнных волнографов, полученными синхронно со съёмкой камеры БПЛА, показало хорошее соответствие уровня и формы спектров. Полученные результаты подтверждают высокую перспективность использования БПЛА в исследованиях волнения морской поверхности.
Ключевые слова: солнечный блик, ветровые волны, спектр волнения, БПЛА, натурные исследования
Полный текст

Список литературы:

  1. Большаков А. Н., Бурдюгов В. М., Гродский С. А., Кудрявцев Е. Н. Определение спектра энергонесущих поверхностных волн по изображению солнечного блика // Исследование Земли из космоса. 1988. № 5. С. 11−18.
  2. Большаков А. Н., Бурдюгов В. М., Гродский С. А., Кудрявцев В. Н., Прощенко В. Г. Определение спектра энергонесущих поверхностных волн по изображению солнечного блика. Сопоставление с контактными данными // Исследование Земли из космоса. 1990. № 1. С. 20–27.
  3. Бондур В. Г., Мурынин А. Б. Методы восстановления спектров морского волнения по спектрам аэрокосмических изображений // Исследование Земли из космоса. 2015. № 6. С. 3−14.
  4. Бондур В. Г., Дулов В. А., Мурынин А. Б., Юровский Ю. Ю. Исследование спектров морского волне­ния в широком диапазоне длин волн по спутниковым и контактным данным // Исследование Земли из космоса. 2016. № 1–2. С. 7−24.
  5. Лупян Е. А. Восстановление углового распределения энергии в двумерном спектре возвышений морской поверхности по её оптическому изображению // Исследование Земли из космоса. 1988. № 3. С. 31−35.
  6. Шулейкин В. В. Физика моря. М.: Изд-во АН СССР, 1941. 833 c.
  7. Юровская М. В., Кудрявцев В. Н., Шапрон Б., Дулов В. А. Интерпретация оптических спутниковых изображений Чёрного моря в зоне солнечного блика // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 4. С. 68−82.
  8. Apel J. R., Byrne H. M., Proni J. R., Charnell R. L. Observation of oceanic internal and surface waves from the Earth Resources Technology Satellite // J. Geophysical Research. 1975. V. 80. P. 865–881.
  9. Barber N. F. Finding the direction of sea waves // Nature. 1954. V. 174. P. 1048–1050.
  10. Bréon F. M., Henriot N. Spaceborne observations of ocean glint reflectance and modeling of wave slope distributions // J. Geophysical Research. 2006. V. 111. C06005. DOI:10.1029/2005JC003343.
  11. Cox C., Munk W. Statistics of the sea surface derived from sun glitter // J. Marine Research. 1954. V. 13. No. 2. P. 199–227.
  12. Cox C., Munk W. Slopes of the sea surface deduced from photographs of sun glitter // Bull. Scripps Institution of Oceanography. 1956. V. 6. No. 9. P. 401–488.
  13. Gelpi C. G., Schuraytz B. C., Husman M. E. Ocean wave height spectra computed from high-altitude, optical, infrared images // J. Geophysical Research. 2001. V. 106. No. C12. P. 31403–31413.
  14. Hennings I., Matthews J., Metzner M. Sun glitter radiance and radar cross-section modulations of the sea bed // J. Geophysical Research. 1994. V. 99. No. C8. P. 16303–16326.
  15. Kudryavtsev V., Myasoedov A., Chapron B., Johannessen J., Collard F. (2012a) Joint sun-glitter and radar imagery of surface slicks // Remote Sensing Environment. 2012. V. 120. P. 123–132. DOI:10.1016/j.rse.2011.06.029.
  16. Kudryavtsev V., Myasoedov A., Chapron B., Johannessen J., Collard F. (2012b) Imaging meso-scale upper ocean dynamics using SAR and optical data // J. Geophysical Research: Oceans. 2012. V. 117. C04029. DOI:10.1029/2011JC007492.
  17. Kudryavtsev V., Yurovskaya M., Chapron B., Collard F., Donlon C. (2017a) Sun glitter imagery of ocean surface waves: Part 1. Directional spectrum retrieval and validation // J. Geophysical Research: Oceans. 2017. V. 122. No. 2. P. 1369−1383. DOI:10.1002/2016JC012425.
  18. Kudryavtsev V., Yurovskaya M., Chapron B., Collard F., Donlon C. (2017b) Sun glitter imagery of surface waves. Part 2: Waves transformation on ocean currents // J. Geophysical Research: Oceans. 2017. V. 122. No. 2. P. 1384−1399. DOI:10.1002/2016JC012426.
  19. Monaldo F. М., Kasevich R. S. Daylight imagery of ocean surface waves for wave spectra // J. Physical Oceanography. 1982. V. 11. P. 272−283.
  20. Yurovsky Yu. Yu., Kudryavtsev V. N., Grodsky S. A., Chapron B. Ka-band dual co-polarized empirical model for the sea surface radar cross-section // IEEE Trans. Geosciences Remote Sensing. 2016. V. 55. No. 3. P. 1629−1647. DOI:10.1109/TGRS.2016.2628640.