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海底实验室在多光谱浅水水深信息反演方法研究取得重要进展

编辑:ZLY 时间:2021年04月12日 访问次数:194

       近日,在海底地形地貌团队吴自银研究员的指导下,海底科学实验室博士后张凯关于多光谱反演水深信息精度分析的研究成果发表于国际著名期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing(IF=5.63),该项研究进一步深化了海底科学实验室在海底地形信息精确表达方面的研究。
       随着我国海洋强国战略的逐步实施,对远海岛礁区域高现势性水深信息的需求日益显著。远海岛礁由于位置偏远、地形复杂,使用传统声呐手段难以高效测量。对此,基于多光谱卫星影像对浅海水深进行反演提供了一种高效的解决方案,在国内外受到了广泛关注。然而,现有研究多集中于水深信息的反演,而对反演结果的不确定度这一关键信息则鲜有关注。
       针对上述问题,传统方法在估计反演精度的过程中,忽视了诸多误差源与水深本身的强相关性,难以准确刻画反演结果的统计特征(图2)。为此,本研究聚焦水深反演结果不确定度与水深本身的耦合性,发展了一种数据驱动的水深反演精度估计方法。该方法以双波段比值法为基础,通过研究拟合残差信息与水深的相关性,对水深反演结果精度在深度维度上的变化特征进行提取,进而对水深反演结果的统计不确定度进行准确估计。基于西沙甘泉岛区域(图1)的实验结果表明,该方法有效表达了反演结果精度随水深变化的特征,并可对不同水深区域的水深反演精度进行准确估计(图3)。
       该研究得到国家自然基金(41830540、41906069)和中国博士后基金(2019M650133)的联合资助。
      K Zhang , X Wang, Z Wu, F Yang, H Zhu, D Zhao, and J Zhu. Improving Statistical Uncertainty Estimate of Satellite Derived Bathymetry by Accounting for Depth Dependent Uncertainty. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2021. 论文链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/9399659


图1 a:实验区域(西沙甘泉岛);b:卫星影像与实测水深数据集;c:多波束水深实测数据

图2 传统精度估计方法计算得到的反演精度3σ限差(红色直线),其中黑色点集为反演结果残差。

图3 a:水深反演过程中,残差信息与水深的非线性相关性;b:本文所提出方法对残差特征的有效捕捉(其中蓝色虚线和红色实线分别为基于最小二次准则和稳健准则的估计结果)。