一种基于多源遥感数据与海图融合的海岸带近海水深反演优化方法与流程

本发明涉及海岸带遥感监测，特别是涉及一种基于多源遥感数据与海图融合的海岸带近海水深反演优化方法。

背景技术：

1、海岸带近海水深数据是海岸工程设计、航道维护、岛礁地形调查和近岸海域管理中的基础数据。船载测深能够获得精度较高的水深点或测线成果，但在浅滩、礁盘、潮沟和近岸破碎带等区域，现场测量容易受到水深、潮位和通航条件限制。多光谱遥感影像具有覆盖范围较大的特点，已被用于浅海水深反演。中国发明专利申请cn105651263a记载了一种浅海水深多源遥感融合反演方法，该方法对多源遥感数据进行预处理，并在单源水深反演结果的基础上进行水深段标识和融合反演。该文献说明，多源遥感数据融合已经成为近岸浅海水深制图的一种可行技术路线。

2、在缺少密集实测水深控制点的海域，星载激光测深数据能够为多光谱遥感水深反演提供参考水深。中国发明专利申请cn121437583a记载了一种基于sdw-lpt多时相融合遥感影像的水深反演方法，该方法将icesat-2光子点投影至sentinel-2影像坐标系，并通过噪声光子剔除、折射改正和潮位改正获得标准化参考水深，再利用多时相遥感影像进行水深反演。中国发明专利申请cn120521568a记载了一种基于水体光学特性的icesat-2浑浊水域测深修正及水深反演方法，该方法结合水体光学特性对icesat-2浑浊水域测深进行补偿，并联合遥感影像进行水深反演。上述文献表明，星载激光测深数据、多光谱遥感影像和水体光学信息可以共同参与近岸浅海水深反演。

3、电子海图水深数据和海岸带底质数据也可用于浅海水深遥感反演。中国发明专利申请cn116295285a记载了一种基于区域自适应的浅海水深遥感反演方法，该方法收集遥感影像资料、实测水深资料、海图资料、潮汐资料和底质类型资料，并根据水深范围、底质类型和水质情况进行区域划定和模型优选。上述方法能够利用不同来源的数据提高水深反演结果的可用性，但在水体透明度变化明显的近岸区域，光学反演水深、星载激光参考水深和电子海图约束水深之间的融合权重仍难以逐格网可靠确定，容易影响融合水深结果的连续性和局部可信度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于多源遥感数据与海图融合的海岸带近海水深反演优化方法，可解决光学反演水深、星载激光参考水深和电子海图约束水深的融合权重难以逐格网可靠确定的问题，实现融合水深结果的局部连续性和可信度提高。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于多源遥感数据与海图融合的海岸带近海水深反演优化方法，包括：

4、获取目标海岸带近海区域的星载激光测深数据、多光谱遥感影像、水体透明度遥感数据、电子海图水深数据和海岸带底质数据，并对星载激光测深数据、多光谱遥感影像、水体透明度遥感数据、电子海图水深数据和海岸带底质数据进行空间基准统一、水深基准统一和格网单元匹配，得到统一格网数据；

5、基于统一格网数据中的多光谱遥感影像确定各格网单元的初始光学反演水深，基于统一格网数据中的星载激光测深数据确定各格网单元对应的激光参考水深，基于统一格网数据中的电子海图水深数据确定各格网单元的海图约束水深；

6、根据统一格网数据中的水体透明度遥感数据确定各格网单元的透明度等级，并根据透明度等级对初始光学反演水深进行衰减校正，得到各格网单元的校正光学反演水深；

7、根据校正光学反演水深与海图约束水深之间的差异确定各格网单元的海图一致性指标，并根据星载激光测深数据在各格网单元邻域内的分布密度确定各格网单元的激光可信度指标；

8、根据透明度等级、海图一致性指标、激光可信度指标和统一格网数据中的海岸带底质数据，确定各格网单元中校正光学反演水深、激光参考水深和海图约束水深的融合权重；

9、按照融合权重，对各格网单元中的校正光学反演水深、激光参考水深和海图约束水深进行融合，得到目标海岸带近海区域的融合水深结果。

10、优选地，对星载激光测深数据、多光谱遥感影像、水体透明度遥感数据、电子海图水深数据和海岸带底质数据进行空间基准统一、水深基准统一和格网单元匹配，得到统一格网数据，包括：

11、以多光谱遥感影像的像元覆盖范围划分格网单元；

12、将星载激光测深数据、水体透明度遥感数据、电子海图水深数据和海岸带底质数据分别匹配至对应的格网单元；

13、将星载激光测深数据和电子海图水深数据换算至同一水深基准；

14、在同一格网单元内建立多光谱遥感影像、水体透明度遥感数据、星载激光测深数据、电子海图水深数据和海岸带底质数据之间的对应关系，得到统一格网数据。

15、优选地，基于统一格网数据中的多光谱遥感影像确定各格网单元的初始光学反演水深，包括：

16、从统一格网数据中的多光谱遥感影像提取各格网单元的水体光谱特征；

17、以统一格网数据中的星载激光测深数据和电子海图水深数据中的至少一种提供的水深值作为水深控制数据，建立水体光谱特征与水深之间的反演关系；

18、根据反演关系确定各格网单元的初始光学反演水深。

19、优选地，基于统一格网数据中的星载激光测深数据确定各格网单元对应的激光参考水深，包括：

20、确定各格网单元邻域内的星载激光测深点；

21、根据星载激光测深点与对应格网单元之间的距离，确定星载激光测深点的距离权重；

22、按照距离权重对星载激光测深点的水深值进行加权计算，得到各格网单元对应的激光参考水深。

23、优选地，根据统一格网数据中的水体透明度遥感数据确定各格网单元的透明度等级，并根据透明度等级对初始光学反演水深进行衰减校正，得到各格网单元的校正光学反演水深，包括：

24、根据水体透明度遥感数据确定各格网单元的水体透明度值；

25、根据水体透明度值所属的透明度区间确定各格网单元的透明度等级；

26、根据透明度等级确定各格网单元的衰减校正系数，且透明度等级表征的水体透明度越低，衰减校正系数对初始光学反演水深的校正幅度越大；

27、利用衰减校正系数修正初始光学反演水深，得到各格网单元的校正光学反演水深。

28、优选地，根据校正光学反演水深与海图约束水深之间的差异确定各格网单元的海图一致性指标，包括：

29、计算同一格网单元中校正光学反演水深与海图约束水深之间的水深差值；

30、根据水深差值确定同一格网单元中校正光学反演水深与海图约束水深之间的水深偏离程度；

31、根据水深偏离程度确定各格网单元的海图一致性指标，且水深偏离程度越大，海图一致性指标表征的一致性越低。

32、优选地，根据星载激光测深数据在各格网单元邻域内的分布密度确定各格网单元的激光可信度指标，包括：

33、统计各格网单元邻域内的星载激光测深点数量；

34、根据星载激光测深点数量和各格网单元邻域面积确定分布密度；

35、根据分布密度确定各格网单元的激光可信度指标，且分布密度越大，激光可信度指标表征的可信度越高。

36、优选地，根据透明度等级、海图一致性指标、激光可信度指标和统一格网数据中的海岸带底质数据，确定各格网单元中校正光学反演水深、激光参考水深和海图约束水深的融合权重，包括：

37、根据透明度等级确定校正光学反演水深的权重，且透明度等级表征的水体透明度越低，校正光学反演水深的权重越小；

38、根据激光可信度指标确定激光参考水深的权重，且激光可信度指标表征的可信度越高，激光参考水深的权重越大；

39、根据海图一致性指标调节校正光学反演水深的权重和海图约束水深的权重；在海图一致性指标表征的一致性降低且激光参考水深具有有效水深值时，降低校正光学反演水深和海图约束水深中与激光参考水深偏离较大的水深对应的权重；

40、根据统一格网数据中的海岸带底质数据修正校正光学反演水深的权重；

41、对校正光学反演水深的权重、激光参考水深的权重和海图约束水深的权重进行归一化处理，得到融合权重。

42、优选地，根据统一格网数据中的海岸带底质数据修正校正光学反演水深的权重，包括：

43、根据统一格网数据中的海岸带底质数据确定各格网单元的底质类型；

44、根据底质类型确定各格网单元中底质对多光谱遥感影像的反射影响程度；

45、根据反射影响程度修正校正光学反演水深的权重，且反射影响程度越大，校正光学反演水深的权重越小。

46、优选地，按照融合权重，对各格网单元中的校正光学反演水深、激光参考水深和海图约束水深进行融合，得到目标海岸带近海区域的融合水深结果，包括：

47、在各格网单元中，判断校正光学反演水深、激光参考水深和海图约束水深是否具有有效水深值；

48、将不具有有效水深值的水深对应的权重置零，并对具有有效水深值的水深对应的权重进行归一化处理；

49、按照归一化处理后的权重，对具有有效水深值的校正光学反演水深、激光参考水深和海图约束水深进行加权融合，得到各格网单元的格网融合水深；

50、根据各格网单元的格网融合水深形成目标海岸带近海区域的融合水深结果。

51、本发明公开了以下有益效果：

52、本发明通过将星载激光测深数据、多光谱遥感影像、水体透明度遥感数据、电子海图水深数据和海岸带底质数据进行空间基准统一、水深基准统一和格网单元匹配，使不同来源的数据在同一格网单元内具有对应关系，避免水深值、透明度等级、底质数据和海图约束水深分属不同空间位置而影响后续融合权重确定；通过多光谱遥感影像形成初始光学反演水深，并根据水体透明度遥感数据确定透明度等级后进行衰减校正，使光学反演水深能够随水体透明度变化进行修正，减小低透明度水体下光学反演偏差直接进入融合结果的影响；通过校正光学反演水深与海图约束水深之间的差异确定海图一致性指标，并结合星载激光测深数据在格网单元邻域内的分布密度确定激光可信度指标，使每一格网单元的融合权重不再仅由固定数据来源确定，而是同时受透明度等级、海图一致性、激光测深支撑程度和海岸带底质数据约束；因此，本发明能够针对背景技术中光学反演水深、星载激光参考水深和电子海图约束水深之间的融合权重难以逐格网可靠确定的问题，得到与各格网单元数据可信程度相匹配的融合权重，并在不增加复杂模型结构的情况下提高融合水深结果的局部连续性和可信度。