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大气校正模型对多光谱水深反演影响的多维度分析

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海洋学报 2022年第7期44卷 145-160页

作者：张焕炜马毅张靖宇自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 自然资源部海洋遥测技术创新中心山东青岛266061

大气校正是水体定量遥感的基础与前提。本文从大气校正模型、大气校正模型参数、水体组分差异以及水深反演波段组合方式4个维度探讨大气校正模型对水深反演的影响。研究采用6S、FLAASH、ACOLITE与QUAC 4种大气校正模型,选取大陆型、海... 详细信息

大气校正是水体定量遥感的基础与前提。本文从大气校正模型、大气校正模型参数、水体组分差异以及水深反演波段组合方式4个维度探讨大气校正模型对水深反演的影响。研究采用6S、FLAASH、ACOLITE与QUAC 4种大气校正模型,选取大陆型、海洋型与城市型气溶胶模式,以瓦胡岛西北侧与谢米亚岛周边浅水作为清洁水体研究区,以辽东浅滩与槟城海峡作为浑浊水体研究区,基于Landsat-8多光谱影像开展大气校正,并采用8种波段组合方式进行水深遥感反演。研究结果表明:(1)4种大气校正模型均可在一定程度上削弱大气对水体信号的影响;因参数选取以及研究区水体组分的不同,不同模型的校正结果存在一定差异;两类水体反射率峰值分别出现在蓝波段与绿波段;(2)6S大气校正模型鲁棒性较强,该模型因研究区水体组分发生变化导致对应的水深反演结果与其余模型相比波动较小;FLAASH模型在海洋型和城市型两种气溶胶模式水深反演结果在浑浊水体存在较为明显的差异,辽东浅滩浅水区平均相对误差相差7.9%;ACOLITE模型受水体类型影响显著且对浑浊水体具有优越性与稳定性,平均相对误差较FLAASH降低5.6%;(3)多波段水深反演精度普遍优于单波段,但反演精度与波段数目之间无显著的相关性;水深反演波段组合方式对不同研究区敏感性不同,清洁水体三波段模型的反演精度较好,浑浊水体中四波段模型的反演精度最优,平均相对误差较三波段模型降低达5.6%。

关键词：大气校正气溶胶水体组分水深反演波段组合精度分析

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基于光谱分层的浅海水深遥感反演方法

海洋学报 2023年第1期45卷 125-137页

作者：楚森森程亮程俭张雪东刘晋铭南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023 江苏省地理信息技术重点实验室江苏南京210023 中国南海研究协同创新中心江苏南京210023 自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室江苏南京210023 军事科学院国防工程研究院北京100036

卫星水深反演是水深测量的一种重要手段,其中Stumpf比值算法和Lyzenga多项式算法应用广泛并诞生了大量改进算法,但这些算法没有顾及不同光谱的测深极限与适用范围,为此本文提出一种基于光谱分层的水深反演方法。首先,根据红、绿、蓝光... 详细信息

卫星水深反演是水深测量的一种重要手段,其中Stumpf比值算法和Lyzenga多项式算法应用广泛并诞生了大量改进算法,但这些算法没有顾及不同光谱的测深极限与适用范围,为此本文提出一种基于光谱分层的水深反演方法。首先,根据红、绿、蓝光谱对水体的穿透能力差异,提出一种基于影像本身的无参数光谱分层策略,提取红光层、绿光层、蓝光层;然后,根据不同光谱层的波段测深性能,分光谱层构建水深反演优化模型,获取浅海水深反演结果。以我国南沙海域长线礁和美属维尔京群岛巴克岛为实验区,本文方法对经典Stumpf比值算法和Lyzenga多项式算法进行改进后,水深均方根误差、平均绝对误差、平均相对误差分别降低了0.41~0.89 m、0.35~0.65 m、4%~19%,尤其在红光层,即水深较浅区域,平均相对误差降低了58%~149%,精度提升明显。因此,改进算法在提高卫星水深反演效果方面具有可行性和有效性。

关键词：多光谱浅海水深反演 Sentinel-2 Stumpf算法 Lyzenga算法光谱测深

基于高空间分辨率遥感影像的水深反演有效性评估

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海洋学报 2023年第3期45卷 136-146页

作者：王燕茹张利勇刘文张凯王鑫山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 广州三海海洋工程勘察设计有限公司广东广州510220

卫星遥感反演水深(Satellite Derived Bathymetry,SDB)是获取浅海水深信息的有效手段。然而,其有效范围只限于光学浅水区域,在深水区域呈现“伪浅海”的失真现象。因此,如何准确识别SDB数据的有效范围对其广泛应用至关重要。本文基于高... 详细信息

卫星遥感反演水深(Satellite Derived Bathymetry,SDB)是获取浅海水深信息的有效手段。然而,其有效范围只限于光学浅水区域,在深水区域呈现“伪浅海”的失真现象。因此,如何准确识别SDB数据的有效范围对其广泛应用至关重要。本文基于高空间分辨率多光谱卫星影像,在深入分析深/浅水辐射亮度统计分布特征差异的基础上,提出一种数据驱动的水深反演有效性评价方法。该方法以卫星影像辐亮度信息的局域标准差作为特征,基于K-S检验方法对光学深水区域统计特征进行模型优选,并使用假设检验方法对深水无效区域对应的SDB进行识别。甘泉岛水域实验结果表明,该方法通过统计分布划分光学浅水与深水区域边界,可以有效识别光学深水区域产生的无效水深反演数据。在剔除无效区域数据后,光学浅水有效区域内水深反演平均绝对误差(MAE)为1.01,均方根误差(RMSE)为1.52。实验结果表明,本文提出的方法可准确识别SDB结果的有效区域,进而为浅海地形解译提供方法支撑。

关键词：水深反演数据有效性伪浅海光学浅水区域

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结合贝叶斯特征选择的近海水深反演方法研究

海洋通报 2024年第4期 463-470页

作者：蓝歆玫李佳叶杨朱洪波薛国坤大连黄渤海海洋测绘数据信息有限公司辽宁工程技术大学地理空间信息服务协同创新研究院辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院

针对现有近海水深数据获取周期长、危险性大，难以满足大范围近海水深数据高时间分辨率测量的问题。本文以辽东湾地区为研究区域，提出了一种结合贝叶斯特征选择的改进LightGBM近海水深反演方法。该方法对首先依据贝叶斯特征选择方法对1... 详细信息

针对现有近海水深数据获取周期长、危险性大，难以满足大范围近海水深数据高时间分辨率测量的问题。本文以辽东湾地区为研究区域，提出了一种结合贝叶斯特征选择的改进LightGBM近海水深反演方法。该方法对首先依据贝叶斯特征选择方法对13个波段及波段比值特征进行优选；其次基于地理空间加权模块计算输入变量的权重；最后基于LightGBM反演模块对水深数据进行反演研究。本文选用辽东湾200个不同空间位置的数据样本作为测试集，验证本文方法和LightGBM模型在近海水深反演任务中的精度。结果表明，本文方法的皮尔森相关系数(r)为0.946，均方根误差(RMSE)为0.265 m，偏差(bias2)为0.017，平均绝对百分比误差(MAPE)为0.031。反演精度及稳定性均优于经典LightGBM模型，能够适应于近海水深反演。

关键词：水深反演贝叶斯特征选择辽东湾 LightGBM

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基于梯度提升决策树算法的水深反演研究

海洋湖沼通报 2023年第1期45卷 45-50页

作者：孟然沈蔚栾奎峰纪茜饶亚丽上海海洋大学海洋科学学院上海201306 上海河口海洋测绘工程技术研究中心上海201306 南通智能感知研究院江苏南通226000

传统的水深测量方法多通过舰载声纳实地探测的方法,灵活性较差且水深资料更新周期长,并且在某些海域,船只往往难以靠近从而无法完成测量。本文使用七连屿海域附近的WorldView-2多光谱遥感影像构建了基于梯度提升决策树(Gradient Boostin... 详细信息

传统的水深测量方法多通过舰载声纳实地探测的方法,灵活性较差且水深资料更新周期长,并且在某些海域,船只往往难以靠近从而无法完成测量。本文使用七连屿海域附近的WorldView-2多光谱遥感影像构建了基于梯度提升决策树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)算法的水深反演模型,并利用单波束与人工测量相结合的水深数据,与传统的单波段模型、双波段模型以及BP神经网络水深反演模型的水深数据进行了水深反演精度对比。结果表明,在0~20 m深海域,GBDT模型反演精度高于其他模型,且更符合实际水深,其检验点的R~2为0.9664,RMSE为0.94 m,MAE为0.75 m,RME为19%。

关键词：七连屿 WorldView-2 GBDT 水深反演精度对比

海底底质分类支持下的WorldView-3多光谱影像浅海海域水深反演

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测绘通报 2023年第7期 25-31页

作者：姚春静余正王洁钱琛徐俊豪武汉大学湖北武汉430000 温州设计集团有限公司浙江温州325000

近几十年来,基于遥感影像进行水深反演一直是国内外学者研究的热点。本文使用WorldView-3高分辨率卫星影像,结合卫星测高数据,以中国海南岛附近的蜈支洲岛及其附近海域为主要研究区域,在进行数据预处理、底质分类之后,分别通过多元线性... 详细信息

近几十年来,基于遥感影像进行水深反演一直是国内外学者研究的热点。本文使用WorldView-3高分辨率卫星影像,结合卫星测高数据,以中国海南岛附近的蜈支洲岛及其附近海域为主要研究区域,在进行数据预处理、底质分类之后,分别通过多元线性回归模型、Stumpf对数比值模型和BP神经网络集中对岛屿周围0~20 m水域的水深进行反演和结果分析。结果证明,对这3种模型而言,在进行底质分类之后精度都会明显提升。其中,BP神经网络反演水深精度最高(均方根误差范围为0.2~0.7 m),多元线性回归模型次之(均方根误差范围为0.3~0.8 m),对数比值模型精度最低(均方根误差范围为0.6~1.1 m)。

关键词：水深反演 Stumpf对数比值模型多元线性回归模型 BP神经网络

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异构卫星遥感数据融合的水深反演模型

测绘通报 2024年第5期 19-23页

作者：郭松涛邢帅张国平孔瑞瑶陈丽信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

为探究影像分辨率和水深反演模型对异构卫星数据融合水深反演结果的影响,本文将ICESat-2激光测高数据分别与多时相Landsat 8、Sentinel-2及WorldView-3卫星数据相融合,利用对数比值模型、多波段模型、BP神经网络、支持向量机、随机森林... 详细信息

为探究影像分辨率和水深反演模型对异构卫星数据融合水深反演结果的影响,本文将ICESat-2激光测高数据分别与多时相Landsat 8、Sentinel-2及WorldView-3卫星数据相融合,利用对数比值模型、多波段模型、BP神经网络、支持向量机、随机森林和极限梯度提升进行水深反演。试验结果表明,影像空间分辨率对水深反演结果精度影响不显著,且综合考虑反演结果的精度和分辨率,Sentinel-2卫星数据性能最佳,同时极限梯度提升相较于其他模型的反演性能最优,其在东沙环礁试验区域的水深反演结果RMSE最优可达0.51 m。该结果对基于异构遥感卫星数据融合的近岸区域水深测量具有很好的参考价值。

关键词：水深反演多光谱卫星遥感影像冰、云和陆地高程卫星数据融合对比分析

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高分十四号高光谱影像浅海水深反演应用

海洋测绘 2024年第2期44卷 56-59,65页

作者：周欣刘文涛郑柯李树文智慧地球重点实验室北京100094

当前星载高光谱水深遥感反演应用以国外卫星数据为主,国产卫星数据的研究和应用较少,为挖掘国产高分辨率卫星高光谱影像浅海水深反演潜力,利用高分十四号卫星影像,以我国三亚湾西岛为实验区域,结合实测水深点和ICESat-2激光雷达数据,建... 详细信息

当前星载高光谱水深遥感反演应用以国外卫星数据为主,国产卫星数据的研究和应用较少,为挖掘国产高分辨率卫星高光谱影像浅海水深反演潜力,利用高分十四号卫星影像,以我国三亚湾西岛为实验区域,结合实测水深点和ICESat-2激光雷达数据,建立双波段比值水深反演模型,进行高光谱影像的水深反演能力研究。实验结果表明:高分十四号高光谱影像具有较好的浅水水深反演能力和反演精度,实验成果将为国产卫星开展星载高光谱数据水深反演研究提供思路和借鉴。

关键词：高光谱影像水深反演精度评估高分十四号双波段比值

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南海珊瑚礁光学浅水海域多光谱遥感水深反演

高校地质学报 2022年第5期28卷 758-767页

作者：汪万智邹欣庆李海宇南京大学地理与海洋科学学院南京210023 南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室南京210023 中国南海研究协同创新中心南京大学南京210093

海洋水深信息对研究珊瑚礁海域资源与环境具有重要作用。南海珊瑚礁海域测深数据受多种条件限制施测困难,在时间与空间方面数量非常有限。文章针对南海岛礁海域以I类水体为主导的海水光学特性,以南沙群岛库归沙洲海域为例,使用Sentinel-... 详细信息

海洋水深信息对研究珊瑚礁海域资源与环境具有重要作用。南海珊瑚礁海域测深数据受多种条件限制施测困难,在时间与空间方面数量非常有限。文章针对南海岛礁海域以I类水体为主导的海水光学特性,以南沙群岛库归沙洲海域为例,使用Sentinel-2多光谱卫星遥感影像和同期过境的MODIS卫星数据,构建底质光谱,采用半分析半经验模型计算海水表面遥感反射率与海水叶绿素浓度,通过对数比值模型进行该地区光学浅水海域遥感水深反演分析,并进一步通过多时相反演水深融合提升精度。经与多波束实测水深数据验证,研究区域反演水深总体均方根误差和平均相对误差分别为2.68 m和9.99%。该方法通过叶绿素浓度推演部分海水光学特性,可以从多光谱卫星影像中快速获取南海岛礁光学浅水海域初步水深信息,供相关海洋领域分析与应用。

关键词：水深反演珊瑚礁多光谱遥感半分析模型对数比值模型