[发明专利]一种同时遥感岛礁水下地形和地物的方法

说明书

本发明公开了一种同时遥感岛礁水下地形和地物的方法，包括以下步骤：(A)建立水面遥感反射率与水深、水下地物反射率的物理分析模型；(B)测量水体吸收系数、水体散射系数以及研究区典型地物的反射率；(C)对卫星原始图像进行大气纠正，并消除水面镜面反射光的影响；(D)根据所述物理分析模型和测量得到的水体吸收系数、水体散射系数和某一典型地物反射率，计算得到某一像元处的水深、水下地物类型；(E)重复步骤(D)，得到所有像元的水深、水下地物类型。该方法可以实现水深在40米以内的清洁浅水水域水深和水下地物类型的同时遥感反演，且具有较高的精度。可对浅海和岛礁水下地形、地物及生态环境进行遥监测。

技术领域

本发明属于卫星遥感技术领域，特别涉及一种同时遥感岛礁水下地形和地物的方法。

背景技术

采用卫星遥感数据进行岛礁浅水区水下地形和地物调查具有效率高，不受水面条件限制等优点。如方法得当，还可以较客观细致地反映浅水区水下地形和地物分布，对海岛和浅海区的经济建设、生态调查，乃至军事应用均具有良好前景。

目前采用遥感数据进行水下地形地物调查有三类方法：

第一类，是采用经验公式方法。即实地测量不同水深和不同地物的水面光谱，建立水深、水下地物类型与水面反射率的经验公式或数据库，再根据遥感数据，用该经验公式估算水下地形地物，或对数据库用查表或光谱匹配方法估算水下地形地物。

但是，采用经验公式的方法建立的模型物理机理不清，需要进行大量的水面与水下地物调查，且适应性不好。最为严重的是，成像条件千差万别，事先很难完全测量。故这类方法精度不高。

第二类，是半经验方法。这类方法总体上根据水体辐射传输原理建模，但对于模型的难以获取的部分，如成像时的环境条件因子，水的消光系数等，用经验的方法求得。

采用半经验、半分析模型的方法虽然建立的模型具有一定的物理意义，但也在一定程度上具有经验公式的不足，方法只适用于特定的情况。由于很难用经验方法模拟所有的实际情况，这类方法精度和适应性也受到相当的限制。

第三类，是建立物理分析模型的方法。这种方法根据水体辐射传输机理和过程建模，有清晰的物理学意义，如测量了水和杂质的吸收、散射系数和水下地物反射率等稳定的物理参数，将具有较好的精度和适应性。是该领域研究的发展方向。

然而，对于目前的水下地形和地物遥感，即使建立了正确的水体反射率与水深和水下地物的物理分析模型，也存在以下方面问题。

其一，对于水下地形和地物遥感，影响最大的成像条件因素为大气和水面镜面反射率影响。大气的影响通过大气纠正去除，这方面已进行了大量的研究，已有较为通用有效的方法；水面镜面反射的影响目前只通过选定太阳入射和观测方向避开严重的太阳耀斑，对一般的水面镜面反射则无法消除，故有人采用经验公式的方法处理该问题。然而，镜面反射的强度与水面粗糙度有关，每个点皆有不同，故这种方法无法取得理想的效果。

其二，水面反射率取决于水深和水下地物反射率，由于对一般的地物而言，每个波段的反射率皆不相同，加上水深，故不管采用多少个波段的遥感数据，皆是未知数多于方程的个数，无法求解。故现有的方法多假定水下反射率已知，也即只适用于特定的水域。

其三，不同的遥感数据波段的透水能力不同，多是采用透水能力较强的兰或绿波段来进行水深反演。由于透水能力强，在浅水区的水深不敏感，水深的精度不高；有的采用红波段或红外波段(或其比值)来进行反演，只能反演较浅的水深。对水深较大，如水深大于5米时，则无法进行水深和水下地物反演。

发明内容

本发明的目的是提供一种同时遥感岛礁水下地形和地物的方法，该方法可以实现水深在40米以内的清洁浅水水域水深和水下地物类型的同时遥感反演，且具有较高的精度。可对浅海和岛礁水下地形、地物及生态环境进行遥监测。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：