[发明专利]一种基于Sentinel-2A影像的浅海海域水深反演方法

说明书

本发明涉及一种基于Sentinel‑2A影像的浅海海域水深反演方法，其技术特点是：步骤1、接收遥感卫星影像数据并对Sentinel‑2A多光谱影像进行预处理；步骤2、确定水深反演因子并构建多种水深反演模型；步骤3、对构建的多种水深反演模型进行精度验证，选择最优水深反演模型进行水深反演。本发明设计合理，其利用现场实测水深数据及Sentinel‑2A多光谱影像，对特定海区近海岸带进行了水深反演，通过对Sentinel‑2A影像和实测数据进行相关性分析，选择相关性较高的蓝光、绿光、红光波段构建了比值水深反演模型、对数模型及比值对数模型并对这三个模型进行精度验证，弥补了传统海洋测量的不足，具有覆盖面积大、更新快、低成本等特点。

技术领域

本发明属于海洋测绘技术领域，尤其是一种基于Sentinel-2A影像的浅海海域水深反演方法。

背景技术

水深是了解海洋环境的一个关键参数，对海岸研究和海洋工程建设非常重要，也为海上运输和航行提供重要信息。传统上用于测量水深的船载回声测深仪等为点测量提供了准确的结果，但却有多种限制因素，例如传统水深测量技术灵活性较差，水深资料更新周期长、时效性差。

水深遥感技术自从20世纪60年代开始受到关注，随着一系列地球观测卫星的升空，遥感平台的多样化和可用遥感数据的富足，极大的推进了水深遥感的发展。可见光遥感浅海水深反演主要有2个依据：(1)可见光波长在0.40-0.58μm之间的光信号在清澈水体中的透射深度最大：(2)光信号在水体中随水深增大呈指数衰减。随着遥感技术的不断发展，遥感测深在国内外已广泛应用。Lyzenga(1978年)论述了比值处理方法，提出了一种从被动多光谱扫描仪数据中提取水深和底部类型信息的方法。Sptizer和Dirks(1987年)采用双流辐射传输模型，引入光谱特征，不同水体类型特征和多种水底底部类型的特征等参数，建立提取水深信息和海底类型信息的算法。Lafon等(2002)利用SPOT影像建立指数回归模型对Areachon湖入海口进行水深探测。王艳姣等(2005)利用ETM+影像和实测水深数据建立了动量BP神经网络模型并在长江口南港河段进行了水深反演。田庆久等[(2007)利用TM3和TM4波段建立了江苏近海辐射沙脊群海域水深模型，并发现TM5对陆地和海水有明显的反射差异。张骞等(2009)通过分析悬浮泥沙的光谱特性，利用TM影像建立了适于河口、近岸浑浊水体的水深反演模型。Lee等(2012)在美国近海通过基于主成分分析和底质分类的方式对水深进行反演，精度高于线性模型。张晓冬等(2016)基于海口湾的Landsat卫星数据通过NDWI指数水陆分割后进行了水深反演，结果表明二次多项式反演的水深精度较高，并且水深分区处理能够提高反演精度。

由于岛屿海岸带水深测量不同于深海测量，因此，如何将水深遥感技术应用于岛屿海岸带进行高精度的水深反演是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、精度高且实用性强的基于Sentinel-2A影像的浅海海域水深反演方法。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于Sentinel-2A影像的浅海海域水深反演方法，包括以下步骤：

步骤1、接收遥感卫星影像数据并对Sentinel-2A多光谱影像进行预处理；

步骤2、确定水深反演因子并构建多种水深反演模型；

步骤3、对构建的多种水深反演模型进行精度验证，选择最优水深反演模型进行水深反演。

进一步，所述步骤1的具体实现方法为：

步骤1.1、辐射定标处理：将微型传感器接收记录的电压信号或数字值转换为绝对量纲的辐射亮度或反射率；

步骤1.2、大气校正处理：对Sentinel-2A影像数据进行大气校正，去除水蒸气和气溶胶的散射效应，获取较准确的地物反射率；