[发明专利]一种融合海浪特征和光谱特征的浅海水深遥感提取方法

说明书

本发明提供了一种新的融合海浪特征和光谱特征的浅海水深遥感提取方法。本发明针对浅海区域的地形测绘需求，根据浅水波理论和水体多光谱辐射传输理论，利用高分辨率多光谱遥感图像上的海浪特征信息和光谱特征信息，建立了基于单景高分辨率光学遥感图像的浅海水深提取方法，可实现无现场实测水深数据支持下，仅由一景高分辨率光学遥感图像就可以提取整景遥感图像的浅海区域的水深信息，从而降低了浅海水深测量成本和对外部参数的依赖，是遥感信息技术应用方面的一项创新，是对近岸浅海水深测量的一个有益补充，具有极大的实用价值。

技术领域

本发明涉及一种海洋遥感技术应用和海底地形测绘领域，具体是一种能够利用高分辨率多光谱遥感图像中的海浪特征信息和光谱特征信息，如所希望那样提取浅海水深信息的方法。

背景技术

海底地形测绘是探索和研究海洋的第一步，是开发和保护海洋的首要条件，也是现今海洋学研究的迫切需求。在回声测深仪发明之前，主要靠测深杆和测深锤来测量水深，测量精度较差。20世纪20年代回声测深仪出现之后，现代意义上海图的绘制才得以实现。但早期的测深仪为单波束发射，一次发射只能得到测量船正下方的水深，因而只能实现点、线测量，无法反映测线之间的地形地貌。1970年代中期出现的多波束测深技术实现了带状测量(最大宽度可达水深的7 倍)，显著提高了测深效率。尽管如此，在大范围浅海水深测量任务中，仍存在测量周期长、人力消耗大和资金需求高等劣势。

随着遥感技术的出现和发展，根据光学遥感图像包含的海洋水体散射和海底反射特征信息与水深的关系，研究提出了一系列光学遥感测深方法，包括基于单波段或多波段的统计模型和半经验模型等方法。但因为该方法基于水体的光谱信息进行水深探测，因此，其适用性受水体浑浊度、海面波动和大气吸收的影响与限制，仅适用于清澈平静的海域条件，且通常需要一定数量的实测地形数据进行控制与校正。此外，当光学遥感器、太阳和观测海面呈现特定的空间几何关系时，太阳通过海面的镜面直接进入遥感器，而在遥感图像上呈现太阳耀光，此时的太阳耀光信息会影响准确提取水体光谱信息。然而，包含太阳耀光信息的光学遥感图像，能记录海面的起伏和粗糙度特征。当遥感图像的空间分辨率足够高时，海浪在光学遥感图像中呈现亮暗相间的条纹。根据近岸浅水波传输理论，海浪从水深向浅海传播时，受水深的影响，海浪波长变短，且海浪的波长、频率与水深存在定量关系。基于该原理，目前已有采用连续拍摄(间隔10秒)的多景光学遥感图像提取海浪传播速度和频率，进而进行水深测量的方法，但连续多景遥感图像的获取成本很高。

本发明针对近岸浅海地形快速、高效、经济的测绘需求，利用单景高分辨率光学遥感图像，通过太阳耀光分离，获得含有海面海浪信息的太阳耀光图像和不含耀光信息的多光谱图像。然后基于太阳耀光图像测量海浪波长及其变化信息，基于浅水波理论提取浅海水深信息。以此为地形控制数据，建立多光谱图像的水深反演模型，提取整景图像浅海水深，从而实现无现场实测数据支持的浅海水深反演。

发明内容

本发明的目的是提供了一种新的融合海浪特征和光谱特征的浅海水深遥感提取方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种融合海浪特征和光谱特征的浅海水深遥感提取方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)获得包含海面海浪信息的高分辨率多光谱遥感图像，采用几何校正方法进行遥感图像定位配准，使其具有较准确的地理空间参考；

(2)分解太阳耀光信息和水体辐射信息；

(3)选定远岸深水区海浪波长测量参考线和子图；

(4)计算参考线上每一个子图的海浪波长；

(5)确定远岸深水区海浪波长；

(6)选定一定数量的测量点；

(7)计算每一个测量点的海浪波长；

(8)计算每一个测量点的水深；