海洋遥感知识图谱研究 | 国内篇

文摘   2024-10-09 17:02   新加坡  

昨日我们为大家介绍了海洋遥感知识图谱研究的国际篇章,今天聚焦国内领域的研究进展。闽江学院的张红月博士基于1990年至2022年间中国知网收录的596篇海洋遥感相关文献进行了深入分析,全面梳理了国内海洋遥感研究的热点和发展趋势。

研究表明,MODIS与SAR是国内应用最广泛的数据源,广泛用于海岸线监测、海表温度和赤潮监测等领域。与此同时,无人机与深度学习等新兴技术的应用正在不断拓展,渤海、南海和黄海成为研究的重点区域。

国内海洋遥感研究热点关键词

图 13为国内海洋遥感领域的主流关键词词云图,展示了从相关文献中提取的高频关键词。词云中关键词的字体大小与其出现频率成正比,反映了研究热点和主要关注点。

图 13 国内海洋遥感高频关键词词云图

可以看到,MODIS是出现频率最高的关键词,表明MODIS数据在国内海洋遥感研究中的广泛应用。海岸线、海表温度、海岸带等关键词也以较大字体出现,显示了海岸线监测、海表温度变化以及海岸带生态监测是海洋遥感的主要研究方向之一。

遥感监测、遥感反演和遥感反射率等关键词频繁出现,反映了遥感技术在海洋环境监测、数据反演及光学特性测量中的重要作用。SAR(合成孔径雷达)和微波遥感的出现频率也较高,表明雷达技术在海洋探测和监测中的广泛应用。

在具体应用方面,赤潮、溢油、南海、黄海、叶绿素浓度等关键词的出现表明了赤潮监测、溢油检测以及海洋生态和资源保护在国内海洋遥感研究中的重要性。无人机、深度学习等关键词的出现则反映了新兴技术在海洋遥感中的应用趋势。

综上所述,该词云图展示了国内海洋遥感研究中数据源、技术手段以及应用领域的多样性,突显了对海洋环境监测、生态保护、资源管理等方面的高度关注,且新技术的应用正逐步成为研究热点。

图 14  中文海洋遥感高频关键词及其词频

图 14展示了海洋遥感领域中的高频关键词及其词频统计。从图中可以看出,“海洋遥感”和“MODIS”分别以266次和206次的词频较高,显示了它们作为主要数据源和应用领域在研究中的广泛应用。“海岸线”和“遥感技术”也较为突出,词频分别为156次和120次,反映了海岸带监测和技术方法在海洋遥感中的重要地位。

此外,诸如“海表温度”(98次)、“海洋生态学”(100次)和“水文监测”(90次)等关键词表明了海洋环境与生态监测是该领域研究的核心主题之一。随着近年来遥感技术的发展,"SAR"(66次)和“微波遥感”(66次)等关键词的出现频率也相对较高,体现了这些技术在海洋探测中的重要应用。

总的来说,该图反映了海洋遥感领域中主要研究主题的演变趋势及其在相关应用中的重要性,展示了遥感技术、数据源和应用领域在海洋科学中的广泛覆盖。

图 15 中文海洋遥感研究高频数据源关键词及其词频

图 15展示了海洋遥感研究中高频数据源关键词及其词频统计。从途中可以看出,MODIS是最常用的数据源,以206次的词频位居首位,表明其在海洋遥感研究中的广泛应用。

SAR(合成孔径雷达)以66次的词频紧随其后,显示出合成孔径雷达技术在海洋监测和探测中的重要性。此外,无人机(60次)、GOCI(42次)和GNSS-R(34次)等关键词频率较高,反映了近年来遥感技术的发展方向和新兴技术在海洋遥感中的应用。

SeaWiFS(30次)、微波辐射计(34次)和激光雷达(24次)等关键词也频繁出现,表明了这些传感器和测量技术在海洋遥感中的重要角色。

一些传统的遥感数据源,如GPS(22次)、卫星高度计(22次)和散射计(22次),依然是海洋遥感研究的基础技术。同时,新的数据源如Sentinel-2和WorldView-2也显示出一定的使用频率(均为18次),表明了它们在海洋环境监测中的潜在应用。

综上所述,图中展示的数据源关键词反映了海洋遥感研究中的主要数据来源和技术手段,尤其是MODIS、SAR等核心技术的广泛应用,同时也显示出无人机和新型卫星等技术的快速发展趋势。这为未来海洋遥感技术的应用方向提供了重要参考。

图 16 中文海洋遥感研究高频应用类主题词及其词频

图 16展示了海洋遥感研究中高频应用类主题词及其词频统计。从图中可以看出,“海岸线”以156次的词频成为最常见的应用类主题,表明海岸带监测在海洋遥感应用中的核心地位。其次,“赤潮”以102次紧随其后,反映了赤潮现象及其对海洋生态的影响成为研究的重要主题。

“海表温度”主题以98次的词频排在第三位,显示了对海洋温度变化的长期监测需求。“海岸带”和“水色遥感”各以90次的词频共同占据第四位,表明海岸带环境监测与海水颜色研究的重要性。

此外,“叶绿素”(82次)和“遥感反演”(80次)等关键词的高频出现,反映了对海洋生物及水质遥感监测技术的关注。较低频率的关键词如“海洋内波”(42次)、“环境监测”(46次)、“绿潮”(52次)等,表明尽管这些应用主题在特定领域具有重要性,但其研究集中度相对较低。

总体而言,图中反映了海洋遥感应用领域的研究重点,尤其是海岸带监测、赤潮、海表温度和海洋生态环境等方面。这些关键词及其词频体现了海洋遥感技术在环境监测、气候变化研究和海洋资源管理中的广泛应用与重要性。

图 17 中文海洋遥感高频研究区主题关键词及其词频

图 17展示了海洋遥感研究中高频研究区域主题关键词及其词频分布情况。从图中可以看出,“渤海”以96次的词频位居首位,表明该区域在海洋遥感研究中的重要性,可能由于其特殊的地理位置和环境特征,对渤海的环境监测和管理成为重点研究内容。“南海”以82次的词频紧随其后,显示了该区域在海洋研究中的高关注度,尤其是涉及南海的生态环境和资源开发相关的研究。“黄海”以60次词频排在第三位,显示了黄海区域的监测和研究活动的重要性。

“南海北部”与“黄河三角洲”各以36次的词频排在第四位,表明了这些区域在海洋生态监测和资源管理中的关注度。此外,“台湾海峡”以34次、“东海”以32次的词频,展示了这些海域的地理、生态和环境研究的重要性。长江口、珠江口等河口区域的词频也相对较高,表明了这些区域在陆海交界处生态系统研究中的关键角色。

图中的研究区域分布体现了对中国沿海及近海海域的高度关注,尤其是对渤海、南海和黄海的环境、生态和资源研究。这些研究区域的高频关键词反映了海洋遥感技术在中国近海和远海环境监测中的广泛应用,以及对特定区域海洋动态和环境变化的持续关注。

综上所述,我们可以得出以下结论:

l  从数据源关键词的词频统计来看,MODIS和SAR(合成孔径雷达)是海洋遥感研究中最常用的两大数据源。尤其是MODIS,其频率远高于其他数据源,表明它在海洋环境监测中的重要性。无人机和GOCI等新兴数据源也逐渐成为研究热点,反映了遥感技术的多样化发展。

l  高频应用类主题词表明,海岸线监测、海表温度、赤潮监测和海洋生态环境监测是海洋遥感应用中的主要方向。这表明了研究人员在关注海岸带管理、气候变化对海洋温度的影响,以及海洋生态系统的变化,特别是叶绿素和水色等生物监测指标。

l  从高频研究区主题词的分析可以看出,渤海、南海和黄海是中国海洋遥感研究中的重点区域。渤海的高频率反映了其在环境监测中的重要性,南海和黄海则涉及到更广泛的生态、资源和地缘政治问题,这些区域的研究反映了环境保护和资源开发的双重需求。

l  图中的关键词分析还显示了遥感技术的进步,特别是SAR和深度学习算法的广泛应用。这表明在海洋遥感领域,利用SAR技术进行船舶检测、特征提取和目标识别已成为主流方向。与此同时,深度学习和机器学习等先进算法正在为海洋遥感数据处理和分析提供强有力的支持,特别是在图像处理和目标检测方面。

l  高频研究区域和应用主题词的词频表明,渤海和南海区域的研究不仅集中在环境监测,还涉及到复杂的气候变化、生物多样性以及沿海开发的多重问题。对这些区域的监测进一步推动了海洋遥感技术在不同地理环境中的应用。

总的来说,以上分析显示出国内海洋遥感技术在环境监测、气候变化研究、海洋资源管理等领域的广泛应用。随着数据源的多样化和新兴技术(如深度学习)的引入,未来海洋遥感研究将继续在生态环境保护和资源利用方面发挥重要作用。

国内海洋遥感热点主题演化

图 18展示了1990年至2023年国内海洋遥感研究主题集群的演化路径,采用桑基图形式显示了不同时期内的主题变化及其流动趋势。通过分析不同时间段的主题集群变化,可以看出海洋遥感研究的热点领域及其发展演变。

图 18 国内海洋遥感热点关键词主题集群演化桑基图

在早期阶段(1990-1997年),地理信息系统和水色遥感是主要的研究主题,表明当时的研究集中在海洋信息系统的构建和水色遥感技术的初步应用。在1998-2002年这一时期,水色遥感依然是核心主题,并且增加了GIS、遥感器、海面风速、SAR(合成孔径雷达)等新兴主题,表明技术逐渐成熟并被广泛应用。南海、赤潮等关键词也开始显现,反映了对区域生态和环境监测的关注。

2003-2009年间,随着MODIS的广泛应用,海岸带监测、环境监测成为热点主题,地理信息系统继续发挥重要作用。微波遥感和GPS等新技术的加入,标志着遥感技术的进步和海洋观测手段的多样化。

2010-2017年这一时期,海洋监测和微波遥感主题得到进一步发展,海冰、SAR和海表温度成为重要的研究领域,反映了对极地监测和海表变化的深入研究。MODIS仍是核心数据源,海岸带监测则继续保持高度关注。

在最新时期(2018-2023年),MODIS和海岸线依然是研究的核心,同时赤潮、遥感监测、合成孔径雷达等主题频繁出现,表明了对海洋生态灾害、海岸带动态监测以及新型遥感技术应用的持续关注。

综上所述,海洋遥感研究的主题集群随着时间推移呈现出从基础技术应用向生态环境监测、区域动态变化等方向的演变趋势。同时,遥感技术的不断进步(如微波遥感、SAR、MODIS等)推动了海洋监测手段的多样化和数据获取能力的提升。

国内海洋遥感趋势主题预测

图 19展示了国内海洋遥感研究主题的发展战略四象限图,基于两个维度——发展程度(Density)和相关性(Centrality),将不同主题划分为四个象限。各象限反映了不同主题在当前研究中的地位和未来发展趋势。

图 19 国内海洋遥感主题发展战略四象限图

第一象限为核心主题(Motor Themes),这一象限的主题具有较高的相关性和发展程度,是当前海洋遥感研究的核心驱动力。MODIS、卫星遥感和赤潮位于此象限,表明这些主题在海洋遥感研究中的重要性。MODIS作为主要的数据源,广泛应用于各类海洋环境监测,赤潮作为生态灾害监测的重要内容,也是遥感技术的核心应用之一。

这些主题将继续推动海洋遥感技术的创新与应用。第二象限为利基主题(Niche Themes),这一象限的主题具有较高的发展程度,但与其他主题的相关性相对较低,属于较为独立的研究方向。微波遥感、合成孔径雷达(SAR)和海洋内波位于此象限,表明这些技术和现象在特定应用领域内具有深入研究,但与其他研究方向的联系较少。

这些主题虽然专业性强,但在特定应用场景下(如极地海冰监测和海面风场测量)发挥着重要作用。第三象限为新兴或衰退主题(Emerging or Declining Themes),这一象限的主题相关性和发展程度都较低,表明这些主题可能是新兴研究领域或已逐渐被淘汰的方向。水深反演位于此象限,可能是由于水深反演技术已经相对成熟,或因新技术的替代而逐渐退居次要地位,但其在特定环境和研究中仍有一定应用价值。

第四象限为基础主题(Basic Themes),这一象限的主题具有较高的相关性但发展程度较低,代表了基础性、稳定的研究方向。遥感、海岸线和遥感监测位于此象限,表明这些主题在海洋遥感中仍具有广泛的应用和基础性作用,特别是海岸线监测和常规环境监测。这些主题为其他核心研究提供了坚实的基础,但未来可能缺乏显著的技术创新。

综上所述,该图展示了国内海洋遥感研究中不同主题的现状及发展潜力。核心主题如MODIS和赤潮监测将继续引领该领域的发展,而微波遥感和SAR等技术在特定领域内仍具有重要研究价值。基础主题如海岸线监测为其他研究方向提供支撑,整体反映了海洋遥感领域的多样性与动态演变。

图 20展示了国内海洋遥感研究的研究主题趋势预测,通过不同时期研究主题的出现频率变化来预测未来的研究方向。横轴表示时间,纵轴表示研究主题,气泡的大小代表了该主题在各个时间段内的词频,词频越高,气泡越大,表明该主题在研究中的热度越高。

图 20 国内海洋遥感研究的研究主题趋势预测

从图中可以看出,MODIS、遥感器、海洋光学、海岸带等主题在最近几年逐渐成为研究热点,特别是MODIS,其气泡明显增大,表明其在海洋遥感领域中的应用越来越广泛。

此外,赤潮、海表温度和溢油等生态环境相关的主题近年来的研究频率也显著增加,反映了对海洋环境监测和灾害预警的关注。技术方面,机器学习和无人机等新兴技术的气泡逐渐变大,显示出这些技术在海洋遥感中的应用正在迅速发展。

光学遥感和SAR(合成孔径雷达)等技术主题从2000年左右开始逐渐升温,预示着这些技术在未来仍将是重要的研究方向。在具体的应用领域,海岸带监测、海洋产业、初级生产力和海面风速等应用主题也显示出持续的研究热度,表明这些领域在海洋遥感研究中占据了重要位置。

综上所述,国内海洋遥感研究呈现出多样化和技术驱动的趋势,尤其是遥感技术与机器学习、无人机等新技术的结合应用,推动了海洋监测技术的发展。未来,随着技术的进步和对海洋环境变化的日益关注,相关研究将继续围绕生态监测、环境保护和海洋资源管理展开。

总结与分析

国内海洋遥感相关文献的研究结果表明,MODIS、SAR(合成孔径雷达)和哨兵(Sentinel)是海洋遥感研究中最常使用的数据类型,此外GOCI和HY-1C的使用频率也在逐步增加。激光雷达(LiDAR)和无人机的使用在2010-2017年和2018-2022年期间稳步增长,标志着国内研究在局部海洋环境精细监测方面的进展。

与此同时,海表温度、海岸带监测和赤潮是海洋领域遥感技术的热点应用主题。南海和东海等海域在国内海洋遥感科学文献中受到最多的关注,反映了海洋经济与资源管理的重要性。国内海洋遥感研究的基础主题涉及使用MODIS、哨兵和Landsat数据进行海表温度、海洋颜色和叶绿素的综合监测。

这些研究方法为沿海生态保护提供了大量数据支持。主流的研究方向围绕使用SAR和深度学习算法进行船舶检测、目标识别和沿海带动态监测。此外,遥感技术还被广泛应用于赤潮监测、溢油检测、海冰监测和微波辐射测量等领域。随着时间的推移,国内海洋遥感文献中的主题集群逐渐集中,研究领域的相关性显著增加,作者关键词的共现也呈现出更高的频率,表明研究主题更加聚焦。

同时,国内开始大规模应用深度学习、语义分割及相关技术,特别是在目标检测和无人机监测方法方面成为热点。未来,随着技术的进一步发展,国内海洋遥感在全球研究中的影响力将继续增强,尤其是在沿海灾害预警和生态监测领域。

通过对比国内外海洋遥感研究的趋势和主题,可以得出以下总结性结论:

  • 从研究主题的重心与多样性来看, 国际海洋遥感研究显示出更多样化的研究主题,包括合成孔径雷达(SAR)、海面测量、海表温度、MODIS等技术的广泛应用。国际研究更倾向于通过多种传感器和卫星数据源进行综合应用,尤其是在深度学习、算法优化、海洋动力学和气候变化等新兴技术与传统技术的结合方面,表现出明显的技术驱动性。

  • 国内海洋遥感研究同样涉及类似的核心主题,如MODIS、海岸线监测、遥感监测等,但研究更多集中于应用层面,特别是在赤潮监测、溢油监测、海岸带动态等生态环境领域。相比之下,国内研究在技术创新方面相对较少,更多地依赖现有技术进行特定领域的应用。

  • 从技术应用方面来看,国际研究在遥感技术应用上展现出较强的前沿性,尤其是微波遥感、雷达干涉测量、深度学习和数据融合技术的广泛应用,反映了对新技术的快速吸收和整合。而国内研究虽然也开始引入无人机、机器学习等技术,但这些新兴技术的应用频次和广度尚不及国际前沿,更多集中于已有的光学遥感和MODIS数据的应用。

  • 从生态环境监测的侧重点来看,国际海洋遥感研究更加注重全球尺度的海洋环境变化,特别是海表温度、海冰监测、海洋碳循环以及与气候变化相关的长期监测研究。相较之下,国内研究在区域性和突发性海洋灾害(如赤潮、溢油、海岸带侵蚀等)监测方面有更为显著的成果,反映了对海洋环境保护和资源管理的迫切需求。

  • 从数据源的多样性和利用情况来看,国际海洋遥感研究依赖更多样化的数据源,包括MODIS、SMOS、Sentinel、Landsat等多种卫星数据以及海洋浮标数据,技术集成度高。国内研究虽然也利用了MODIS和合成孔径雷达(SAR)等数据源,但相较于国际研究,数据源的丰富性和技术集成度仍有差距,更多依赖单一卫星数据源。

  • 从未来发展方向来看,国际海洋遥感研究可能继续深入探索新兴技术(如深度学习、无人系统、AI驱动的海洋数据分析等)在海洋环境中的应用,并加强对全球气候变化的长期监测。国内海洋遥感研究则有望在海洋生态灾害监测、区域性海洋资源管理以及新兴技术应用(如无人机、深度学习等)方面取得更大突破。

总的来说,国际海洋遥感研究表现出更高的技术前沿性和多样性,而国内研究在特定应用领域(如海洋环境保护、灾害监测等)显示出较强的实用性和区域性优势。未来国内研究需要进一步加强在前沿技术整合和全球变化研究中的探索,以提升其在国际舞台上的竞争力和贡献度。

(全文完)


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