一種同時(shí)遙感島礁水下地形和地物的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種同時(shí)遙感島礁水下地形和地物的方法，包括以下步驟：(A)建立水面遙感反射率與水深、水下地物反射率的物理分析模型；(B)測(cè)量水體吸收系數(shù)、水體散射系數(shù)以及研究區(qū)典型地物的反射率；(C)對(duì)衛(wèi)星原始圖像進(jìn)行大氣糾正，并消除水面鏡面反射光的影響；(D)根據(jù)所述物理分析模型和測(cè)量得到的水體吸收系數(shù)、水體散射系數(shù)和某一典型地物反射率，計(jì)算得到某一像元處的水深、水下地物類型；(E)重復(fù)步驟(D)，得到所有像元的水深、水下地物類型。該方法可以實(shí)現(xiàn)水深在40米以內(nèi)的清潔淺水水域水深和水下地物類型的同時(shí)遙感反演，且具有較高的精度。可對(duì)淺海和島礁水下地形、地物及生態(tài)環(huán)境進(jìn)行遙監(jiān)測(cè)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于衛(wèi)星遙感
，特別涉及一種同時(shí)遙感島礁水下地形和地物的方 法。
技術(shù)介紹
采用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行島礁淺水區(qū)水下地形和地物調(diào)查具有效率高，不受水面條 件限制等優(yōu)點(diǎn)。如方法得當(dāng)，還可以較客觀細(xì)致地反映淺水區(qū)水下地形和地物分布，對(duì)海島 和淺海區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、生態(tài)調(diào)查，乃至軍事應(yīng)用均具有良好前景。 目前采用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行水下地形地物調(diào)查有三類方法： 第一類，是采用經(jīng)驗(yàn)公式方法。即實(shí)地測(cè)量不同水深和不同地物的水面光譜，建立 水深、水下地物類型與水面反射率的經(jīng)驗(yàn)公式或數(shù)據(jù)庫(kù)，再根據(jù)遙感數(shù)據(jù)，用該經(jīng)驗(yàn)公式估 算水下地形地物，或?qū)?shù)據(jù)庫(kù)用查表或光譜匹配方法估算水下地形地物。 但是，采用經(jīng)驗(yàn)公式的方法建立的模型物理機(jī)理不清，需要進(jìn)行大量的水面與水 下地物調(diào)查，且適應(yīng)性不好。最為嚴(yán)重的是，成像條件千差萬(wàn)別，事先很難完全測(cè)量。故這 類方法精度不高。 第二類，是半經(jīng)驗(yàn)方法。這類方法總體上根據(jù)水體輻射傳輸原理建模，但對(duì)于模型 的難以獲取的部分，如成像時(shí)的環(huán)境條件因子，水的消光系數(shù)等，用經(jīng)驗(yàn)的方法求得。 采用半經(jīng)驗(yàn)、半分析模型的方法雖然建立的模型具有一定的物理意義，但也在一 定程度上具有經(jīng)驗(yàn)公式的不足，方法只適用于特定的情況。由于很難用經(jīng)驗(yàn)方法模擬所有 的實(shí)際情況，這類方法精度和適應(yīng)性也受到相當(dāng)?shù)南拗啤?第三類，是建立物理分析模型的方法。這種方法根據(jù)水體輻射傳輸機(jī)理和過(guò)程建 模，有清晰的物理學(xué)意義，如測(cè)量了水和雜質(zhì)的吸收、散射系數(shù)和水下地物反射率等穩(wěn)定的 物理參數(shù)，將具有較好的精度和適應(yīng)性。是該領(lǐng)域研究的發(fā)展方向。 然而，對(duì)于目前的水下地形和地物遙感，即使建立了正確的水體反射率與水深和 水下地物的物理分析模型，也存在以下方面問(wèn)題。 其一，對(duì)于水下地形和地物遙感，影響最大的成像條件因素為大氣和水面鏡面反 射率影響。大氣的影響通過(guò)大氣糾正去除，這方面已進(jìn)行了大量的研究，已有較為通用有效 的方法；水面鏡面反射的影響目前只通過(guò)選定太陽(yáng)入射和觀測(cè)方向避開(kāi)嚴(yán)重的太陽(yáng)耀斑， 對(duì)一般的水面鏡面反射則無(wú)法消除，故有人采用經(jīng)驗(yàn)公式的方法處理該問(wèn)題。然而，鏡面 反射的強(qiáng)度與水面粗糙度有關(guān)，每個(gè)點(diǎn)皆有不同，故這種方法無(wú)法取得理想的效果。 其二，水面反射率取決于水深和水下地物反射率，由于對(duì)一般的地物而言，每個(gè)波 段的反射率皆不相同，加上水深，故不管采用多少個(gè)波段的遙感數(shù)據(jù)，皆是未知數(shù)多于方程 的個(gè)數(shù)，無(wú)法求解。故現(xiàn)有的方法多假定水下反射率已知，也即只適用于特定的水域。 其三，不同的遙感數(shù)據(jù)波段的透水能力不同，多是采用透水能力較強(qiáng)的蘭或綠波 段來(lái)進(jìn)行水深反演。由于透水能力強(qiáng)，在淺水區(qū)的水深不敏感，水深的精度不高；有的采用 紅波段或紅外波段（或其比值）來(lái)進(jìn)行反演，只能反演較淺的水深。對(duì)水深較大，如水深大 于5米時(shí)，則無(wú)法進(jìn)行水深和水下地物反演。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供，該方法可以實(shí)現(xiàn) 水深在40米以內(nèi)的清潔淺水水域水深和水下地物類型的同時(shí)遙感反演，且具有較高的精 度?？蓪?duì)淺海和島礁水下地形、地物及生態(tài)環(huán)境進(jìn)行遙監(jiān)測(cè)。 為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案： -種同時(shí)遙感島礁水下地形和地物的方法，包括以下步驟： (A)建立水面遙感反射率與水深、水下地物反射率的物理分析模型。 (B)測(cè)量水體吸收系數(shù)、水體散射系數(shù)以及研究區(qū)典型地物的反射率。 (C)對(duì)衛(wèi)星原始圖像進(jìn)行大氣糾正，并消除水面鏡面反射光的影響。 (D)對(duì)某一像元根據(jù)所述物理分析模型和步驟（B)中測(cè)量得到的水體吸收系數(shù)、 水體散射系數(shù)和某一典型地物反射率計(jì)算得到該像元處的水深、水下地物類型。 (E)重復(fù)步驟（D)，得到得到所有像元的水深、水下地物類型。 作為一種具體的實(shí)施例，所述步驟（A)中水面遙感反射率與水深、水下地物反射 率的物理分析模型的函數(shù)關(guān)系為： 式中：Ρ(θ)為水體散射相函數(shù)，?為水體散射角； β為水體散射系數(shù)，α為水體吸收系數(shù)，Rb為水底底質(zhì)反射率，h為水深； μ = sec Θ+seC(K Θ為陽(yáng)光在水中傳播的天頂角，φ為水中的觀測(cè)天頂角； Rw= R ws+Rwb，&為水體反射率，R ws為水體散射光對(duì)反射率的貢獻(xiàn)，R wb為水底反射 光對(duì)反射率的貢獻(xiàn)。 作為一種具體的實(shí)施例，根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)遙感島礁水下地形和地物的 方法，其特征在于，步驟（C)具體為： (Cl)從圖像上提取暗像元，迭代計(jì)算大氣散射系數(shù)、大氣透過(guò)率和天空光輻照度。 (C2)對(duì)圖像中所有像元進(jìn)行大氣糾正。 (C3)消除天空光鏡面反射光。 (C4)消除太陽(yáng)直射光鏡面反射光。 進(jìn)一步地，所述步驟（Cl)中迭代計(jì)算大氣散射系數(shù)、大氣透過(guò)率和天空光輻照度 的步驟包括： (Cll)讀取暗像元的表觀反射率Rvd，根據(jù)暗像元的表觀反射率Rvd的計(jì)算公式： 式中：ω為大氣散射系數(shù)，T為大氣透過(guò)率，&為地物反射率，Ρ( Θ )為大氣散射 相函數(shù)，Θ為散射角， 首先忽略等式（1)右邊第一項(xiàng)的值，計(jì)算得到大氣散射系數(shù)的初值 (C12):根據(jù)大氣透過(guò)率的初值的計(jì)算公式：T' = e 計(jì)算出大氣透過(guò)率的初 值Τ'，將大氣透過(guò)率的初值?-代入等式（1)右邊第一項(xiàng)中的T，將大氣散射系數(shù)的初值 ω'代入等式（1)右邊第一項(xiàng)中的ω，計(jì)算得到大氣散射系數(shù) (C13):計(jì)算天空光幅照度： 將步驟（C12)中計(jì)算得到的大氣散射系數(shù)％代入天空光幅照度計(jì)算公式計(jì)算天空光幅照度Eskyl; 式中：c為大氣糾正前后的大氣散射系數(shù)比，為測(cè)量值； (C14):將步驟（C12)中計(jì)算得到的大氣散射系數(shù)GJ1代入大氣透過(guò)率的計(jì)算公式 T = e ω，計(jì)算出大氣透過(guò)率T1; (C15):將步驟（C12)中計(jì)算得到的大氣散射系數(shù)％代入等式（1)右邊第一項(xiàng)中 的ω、將步驟（C14)中計(jì)算得到的大氣透過(guò)率1\代入等式（1)右邊第一項(xiàng)中的Τ，計(jì)算出 精度高于大氣散射系數(shù)O 1K大氣散射系數(shù)ω 2; 根據(jù)步驟（C13)計(jì)算出精度更高的天空光幅照度Esky2; 根據(jù)步驟（C14)計(jì)算出精度高于大氣透過(guò)率T1的大氣透過(guò)率T 2;依次辦法，迭代計(jì)算出精度高于大氣散射系數(shù)ω2的大氣散射系數(shù)ω k、精度高于 大氣透過(guò)率T2的大氣透過(guò)率T k和精度高于天空光幅照度E _2的天空光幅照度E skyk;其中， k>2。 進(jìn)一步地，所述步驟（C2)中對(duì)圖像中所有像元進(jìn)行大氣糾正的計(jì)算公式為： 式中：Rg為大氣糾正后得到的像元反射率，T" = e ~°s0，其中τ為大氣光學(xué)厚 度，R1為像元表觀反射率：L為當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 4 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種同時(shí)遙感島礁水下地形和地物的方法，其特征在于，包括以下步驟：(A)建立水面遙感反射率與水深、水下地物反射率的物理分析模型；(B)測(cè)量水體吸收系數(shù)、水體散射系數(shù)以及研究區(qū)典型地物的反射率；(C)對(duì)衛(wèi)星原始圖像進(jìn)行大氣糾正，并消除水面鏡面反射光的影響；(D)根據(jù)所述物理分析模型和步驟(B)中測(cè)量得到的水體吸收系數(shù)、水體散射系數(shù)和某一典型地物反射率，計(jì)算得到某一像元處的水深、水下地物類型；(E)重復(fù)步驟(D)，得到所有像元的水深、水下地物類型。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧孺孺，秦雁，梁業(yè)恒，陳啟東，熊龍海，劉旭攏，劉英飛，盧世軍，劉永明，林梨，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中山大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東;44