卫星海洋环境动力学国家重点实验室岛礁浅海地形高效遥感探测技术取得重要进展

                               
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近日，卫星海洋环境动力学国家重点实验室与浙江大学联合培养的博士研究生韩通以第一作者在国际遥感领域著名期刊ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing（IF 12.7）发表题为“Cost-efficient bathymetric mapping method based on massive active-passive remote sensing data”的文章，通讯作者为卫星海洋环境动力学国家重点实验室张华国研究员。
0 l( I2 v: t3 u+ j# Q  f, @精确的测深绘图对于岛礁研究、底栖生态系统评估和近岸工程至关重要。越来越多的卫星遥感数据促进了光学遥感的应用发展。然而，受复杂水下光路和不稳定因素影响（如破浪，船只和云层），高质量卫星影像获取有限，很难对浅海岛屿进行大规模、高效率的浅海地形测绘。针对该问题，我们提出了一种主、被动遥感融合的水深测绘方法，其中主动数据来自于ICESat-2（Ice, Cloud, and Land Elevation Satellite-2）卫星激光测深数据，被动数据来自于Sentinel-2 卫星多光谱数据。关键步骤是基于多期Sentinel-2多光谱数据的蓝绿波段对数比值的中值与ICESat-2数据，建立了高效的岛礁水深反演模型，具体流程如图1所示。
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! ?9 v7 R( f8 t2 n; V3 S图1. 方法流程图
将该方法在南海、太平洋和印度洋等六个典型岛礁区域进行了应用验证。结果表明，在水深 0-20 m 范围内，测深绘图的均方根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）分别为 0.49-0.71 m 和 0.29-0.49 m。当Sentinel-2多光谱影像数量超过150景时，反演误差趋于稳定（图2）。此外，该方法能消除复杂的水下光路和表面不稳定因素（如波浪、船只和云层）的影响（图3），具备高效获得岛礁浅海地形数据的能力，在全球海洋岛屿和珊瑚礁生态环境遥感探测评估方面具有巨大潜力。
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图2. 六个研究区域不同Sentinel-2影像数量水深验证结果的箱型图

                               
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  X3 r3 g, M1 o( Z图3. 本文方法与单景影像反演对比图。(a) 2020年1月17日Sentinel-2拍摄的Madhiwaru礁影像。(b) 2020年1月17日哨兵-2 号单幅图像的测深图。(c)和(f)对应图(a)中红框内的Sentinel-2影像。(d)和(g)对应图(b)测深图。(e)和(h)对应本方法的测深图
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7 Z  K' u8 u" W6 W' qHan, T., Zhang, H.*, Cao, W., Le, C., Wang, C., Yang, X., Ma, Y., Li, D., Wang, J., Lou, X., 2023. Cost-efficient bathymetric mapping method based on massive active–passive remote sensing data.ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing203, 285-300.doi:10.1016/j.isprsjprs.2023.07.028
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信息来源：卫星海洋环境动力学国家重点实验室岛。