利用WorldView-2多光谱波段量测阿拉斯加威尔士附近浅海水深

1、WalesaKitornetera图1:威尔士区位置及航空拍摄图在分析由风暴潮引起的洪水淹没和侵蚀时，水深数据是很重要的。较高分辨率的浅海水深数据能提高在风暴潮危害评估中的建模能力。同时，水深数据在航海图更新、探索海底环境、沉积物迁移研究中也很重要，而阿拉斯加威尔士区域的水深数据非常少。本项目是通过遥感方法得到水深数据，利用实测声纳数据，使用线性回归的方法对结果进行验证，R2=0.7221基本可以满足应用的精度ul=qI1需155*00E乍MTOCT730汕屮的-.d遥感水深测量是利用可见光遥感数据反演水深，主要依据为：在可见光范围内，波长在0.40.58“m之间的光信号对清澈水体的穿透深度最

2、大，大气条件较好时，能够探测水深在30米以内的水体；(2)反映水深的辐射量与光信号在水中的衰减程度呈指数关系。太阳光水面反射(太阳反射)水汽吸收图3:太阳光水面辐射示意图WorldView2多光谱数据包括除了一般的蓝、绿、红、近红外波段，还包括海岸蓝色波段(400-450nm)、黄色波段(585-625nm)oLeeetaQ2012),Madden(2011),Mieczniket2012),Tarantinoeta2012)等人已经成功在热带地区利用WorldView2测量水深。如果这种方法适合于阿拉斯加的寒带地区，将产生非常大的价值。使用处理流程如下图所示。ENVI5PEAHRelativ

3、eWdi出DepthWizid卜寻找最隹瓠色合成“1.RGB431(畑综色、海岸蓝仙,密贸分割区惯吗時水探囚实际浏量深度八.至疾样劉16声“药米水深閣：0.25分辨率图4:处理流程图（）底部反照率独立水深测量算法使用底部反照率独立水深测量算法（bottomalbedo-independentBathymetryalgorith量测水深，这个算法假设：当深度相同的时候，不管水底是被深色水草或者明亮的沙子覆盖，他们都显示为同一深度。计算公式如下：（公式1）其中：D=水深1=常量，用于调整水深比例固定的常量，保证对数是正值及是线性关系W=卫星观测辐射亮度值久i二波段i久二波段j0=常量，用于补偿0m

4、深度（二）SPEARRelativeWaterDepthWizardSPEARRelativeWaterDepthWizardfRWDW）是ENVI下的一个流程化工具，集成了底部反照率独立水深测量算法。在RWDW工具中分别浏览RGB532、531、432、431,最后得到RGB431分辨力最好和最少视觉噪声（如图5a所示）。RWDW根据公式1直接得到相对水深（如图5b所示）。MffT*a1W9Ti驴llawriw肚理E1W1CWWales,Alaska?辱毎NX*直图5a,b,:相对水深制图结果(b)RGB组合对比(a)NOAA航海图(2004)(c)对比NOAA的航海图(图5c)，标定对应区

5、域的真实水深，如图6所示。为了降低噪声，结果图像从2米转化到16米空间分辨率，剪出近海岸小于3m的区域。KE5厂鸿、7wrrwmww图6:标定得到真实水深AlaskaDepth(m)-3.M2SQ.99-0.7SNorWAmericanDatum1d83UntvrsdlTran$ver9MercatorNlBathymetncMapoyerI,WofkiV&w2胡u恂口（三）结果采用线性回归模型对比水深结果和声纳数据，如图8所示。使用N=1480组数据线性回归的R2=0.7221。水深结果和声纳量测数据的绝对差值如图9所示，图9显示随着深度的减小相关性增加。从反演和测量数据点（图lla-d）的

6、横截面看，具有光谱高反射率的位置处于海槽位置（通过实测数据）。如果不存在高反射区，反演值和测量值非常相似，直到在3米这个地方开始分散（图11d）。图7:声纳设备和实测路径E】上搖若一(UE二诉心吏4-32-101SurveyedDepth(m細#會新ri進觀讯脚仙赦丫帥图8：测量和置信度95%之间数据的线性回归Profile4Profile3Meters图9:水深结果和声纳量测数据的绝对差值亠EFIHCad刍Prdfite1-e*IfJ30*5b.Prafife2kIffiM!?.SurveyedLocatibskviti加gMf諏口刼na&ndlarge曲他常什qmfierwaen54/rreyedd叽胃可眄鈿耳叨rjg济成刘用卩庖图10a,b,c&反演与测量值的横切面对比图，Datum:NAD83Projection:UTMZone3NorthVerticalDatum:N