基于衛(wèi)星多光譜影像的淺海水深反演研究.pdf

1、水深是海岸帶、海島等淺海區(qū)域重要的海洋要素，并且也是海洋測(cè)繪的主要內(nèi)容之一，無論是港口、碼頭、航道、錨地等建設(shè)，還是船舶安全航行、海洋科學(xué)研究、海洋工程建設(shè)、海洋環(huán)境評(píng)價(jià)等，都需要水深資料作為基礎(chǔ)保障。與傳統(tǒng)的側(cè)掃聲納和多波束等測(cè)量方法相比，水深遙感測(cè)量方法具有快速、大范圍、準(zhǔn)同步和高空間分辨率測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，能夠彌補(bǔ)測(cè)量船只無法直接到達(dá)的如珊瑚礁密集和有爭(zhēng)議等海區(qū)水深數(shù)據(jù)的不足，是水深測(cè)量的一種間接手段，也是一種新的技術(shù)方法，為水深探測(cè)創(chuàng)

2、造了一條新的路徑。
　　本文以海南島陵水灣周邊淺水水域的二類水體和遠(yuǎn)海一島嶼德奎島周邊淺水水域的一類水體為研究區(qū)域，應(yīng)用高分辨率WorldView-2八波段的多光譜影像和四波段的立體像對(duì)影像，中分辨率Landsat-8的多波段衛(wèi)星影像和海圖數(shù)據(jù)，分別對(duì)衛(wèi)星圖像進(jìn)行水陸邊界分離和海圖數(shù)據(jù)潮汐改正等預(yù)處理，接著分別進(jìn)行了波段比值、雙波段組合及多波段組合等線性模型和指數(shù)、對(duì)數(shù)、二次多項(xiàng)式及冪指數(shù)等數(shù)學(xué)形式的非線性模型的擬合，利用這些基礎(chǔ)

3、模型分別開展了傳統(tǒng)全局水深遙感反演方法和地理自適應(yīng)水深遙感反演方法的研究，反演出了30 m以內(nèi)的水深值。研究結(jié)果表明：
　?。?）通過中分辨率衛(wèi)星影像根據(jù)歸一化水體指數(shù)算法可以快速有效地提取出水陸邊界線，并且通過拉普拉斯算子邊緣增強(qiáng)處理更加地突出了陸地和水體的邊界。
　?。?）在相關(guān)性分析中，綠光波段與水深控制點(diǎn)的相關(guān)性最高，并且通過波段比值運(yùn)算更加提高了相關(guān)性。說明綜合了兩個(gè)波段的水體光譜信息，消除或減弱了因水體性質(zhì)和底質(zhì)

4、類型差異而造成的影響。
　　（3）無論是一類水體還是二類水體，傳統(tǒng)全局水深遙感反演方法反演的水深平均絕對(duì)誤差和標(biāo)準(zhǔn)誤差都很大，說明在表達(dá)真實(shí)的水深信息時(shí)有一定的困難。
　?。?）地理自適應(yīng)水深遙感反演方法，在不同的水深范圍內(nèi)擬合的基礎(chǔ)模型參數(shù)和影像源的波段組合是自適應(yīng)變化的，反演的水深精度有了很大的提高。
　　（5）從總體上看，地理自適應(yīng)方法反演的水深精度得到大幅提高，誤差達(dá)到1.2 m以下。說明通過細(xì)分研究區(qū)域?yàn)槎鄠€(gè)

5、小單元有效地緩和了傳統(tǒng)全局模型在底質(zhì)和水體性質(zhì)空間不均勻性的問題，對(duì)于測(cè)量船無法到達(dá)和有爭(zhēng)議的淺水水域，利用遙感測(cè)量方法進(jìn)行水深提取會(huì)是一種可行的途徑。
　?。?）在水深遙感反演結(jié)果的驗(yàn)證精度是相對(duì)于海圖而言的，因?yàn)楹D在繪制過程中也有一定的誤差范圍，說明反演的水深相對(duì)于實(shí)際的水深誤差會(huì)相對(duì)有所增大。
　　但是在水深遙感反演中還存在著以下幾個(gè)問題，有待進(jìn)一步改善或解決。
　?。?）雖然假設(shè)不同時(shí)間獲得的遙感影像在同一個(gè)

6、研究區(qū)域中水體性質(zhì)和底質(zhì)類型沒有很大的變化，但是時(shí)間的不同步仍然會(huì)對(duì)水深反演帶來誤差。
　?。?）在數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中，由于無法獲取影像成像時(shí)的大氣參數(shù)、海面狀況參數(shù)和水體的相關(guān)參數(shù)等，造成FLAASH大氣校正時(shí)一些參數(shù)缺省或選擇近似值，從而造成誤差。
　?。?）在一個(gè)區(qū)域中擬合的水深遙感反演模型，在其他不同研究區(qū)域的移植性還有待繼續(xù)發(fā)展。
　　綜上所述，本文提出的改善化的地理自適應(yīng)水深遙感反演方法在一定程度上解決了多光