[发明专利]无水深控制点区域的浅海水深多光谱卫星遥感反演方法

说明书

无水深控制点区域的浅海水深多光谱卫星遥感反演方法，属于卫星海洋遥感应用技术领域。基于推导的双波段线性浅海水深反演模型，通过不同深度不同海底类型的像元点对数据集，求解出最优波段旋转单位矢量，并基于水陆边界线位置的典型底质类型像元采用，估算模型中的海底参数，同时通过相同底质类型不同深度的像元数据计算获得蓝绿波段漫射衰减系数比值，以及基于最邻近浅海区的深水区数据，利用半分析和漫射衰减系数算法计算绿波段衰减系数。通过以上参数计算，从而实现无水深控制点区域的浅海水深遥感反演。

技术领域

本发明属于卫星海洋遥感应用技术领域，尤其是涉及无水深控制点区域的浅海水深多光谱卫星遥感反演方法。

背景技术

浅海水深作为舰船安全航行保障和近岸生态系统与光学研究的重要参数，一直是海洋测绘和光学遥感的重要内容。常规的浅海水深测量主要是船载多/单波束声学测量，近几年发展的机载激光测深技术也逐步得到广泛应用。但对于一些危险或存在争议海域，这些技术手段费时费力，甚至无法实现。尽管探测深度和精度尚不能替代常规的海洋测量，但卫星遥感技术是获取这些区域浅海水深数据唯一可行的方法。因此，开展浅海水深卫星遥感反演技术研究具有重要意义和应用前景。

目前浅海水深卫星遥感反演方法总体可归纳为两大类：基于半分析算法的高光谱遥感和基于经验模型的多光谱遥感，从文献报道来看，两者目前的水深反演精度基本相当。尽管高光谱遥感具有物理基础明确和无需实测水深点等优势，但目前高光谱图像存在空间分辨率较低，可利用数据少的不足。相对而言，多光谱图像空间分辨率最高可达到2m，且可用卫星数量多，更适用于开展浅海水深遥感。但多光谱浅海水深反演模型需要一定数量的实测或可靠海图的水深点数据作为输入进行模型系数解算。由于水体性质以及海底类型的变化，多光谱水深反演模型具有明显的区域性。对于一些偏远、危险或有争议的，其实测水深点少，水深反演结果不可靠，有时甚至没有可用的水深控制点，无法开展浅海水深遥感反演。因此，开发一种无水深控制点区域的浅海水深多光谱卫星遥感反演方法就显得十分必要。

发明内容

本发明的目的在于针对多光谱浅海水深遥感反演需要水深控制点存在的难题，通过解析表达双波段线性模型，结合多光谱图像采样点，计算浅海水深模型所需的参数，提供无水深控制点区域的浅海水深多光谱卫星遥感反演方法。

本发明包括以下步骤：

1)根据双波段线性模型的矢量乘积形式推导浅海水深反演公式(1)：

X_i＝ln[r_w(λ_i)-r_dp(λ_i)] i＝1,2

式中，z为待反演的浅海水深；α₁,α₂为蓝绿波段权重特征向量；g₁,g₂为蓝绿波段光谱水体双程漫射衰减系数；r_w(λ_i)为第i波段(蓝绿)的水面之下遥感反射率；r_b(λ_i)为第i波段(蓝绿)的海底遥感反射率；r_dp(λ_i)为第i波段(蓝绿)光学深水区水面之下遥感反射率；即可获得该无水深点区域的水深遥感反演结果；

2)选取图像上不同深度不同底质的相邻像元对，通过对相邻像元对的Xi数据集进行最小化求解，获得一组最优的波段旋转单位向量[α₁,α₂]：

式中，i表示某相邻像元对，Δsz_i为第i个像元对经过旋转后值的差异，A、B表示该像元点对所对应的不同底质类型，n为像元点对数量，f为最小化函数；