科研动态│我院硕士研究生刘煜辉在JAG上发表新成果：基于光学卫星影像与ICESat-2进行浅水测深和坡度辅助底栖生物绘图
珊瑚礁正面临着珊瑚白化、海洋酸化、二氧化碳水平升高和热带风暴等挑战，全面监测珊瑚礁对有效管理和保护珊瑚礁至关重要。珊瑚礁监测研究的重点包括确定珊瑚礁的深度并对其进行分类，光学卫星遥感具备大尺度水下地形测绘的能力，面对多种遥感数据数据与处理方法，如何选择合适的方法与数据以获得更高精度的结果还缺乏讨论。
本研究以南海西沙群岛中七连屿与永兴岛区域为例，利用高分辨率的WorldView-2与Sentinel-2多光谱影像作为数据源，以ICESat-2数据作为替代实地深度的参考以及验证数据，对不同的数据使用摄影测量法和基于经验模型的测深法分别得到研究区域的浅水深度，比较不同分辨率的数据与不同方法获取浅水深度的精度（图1-3），并根据深度生成坡度信息作为珊瑚礁分类的附加特征，探讨地形信息对珊瑚礁种类划分精度的影响（图4）。
图1西沙群岛七连屿与永兴岛位置示意图与WorldView-2、ICESat-2数据
通过比较不同方法与数据得到的测深结果以及珊瑚礁分类的结果，结论如下：
1、不同的数据在不同方法中都取得了高精度的结果。同时使用WorldView-2数据时，基于经验模型的线性回归方法（R2=0.89）精度高于摄影测量法（R2=0.81），RMSE分别为0.60米和1.02米。同时使用线性回归方法时，分辨率更高的WorldView-2精度高于Sentinel-2（R2=0.75），RMSE分别为0.60米和0.78米。
2、对不同方法与数据获得的测深误差与深度的比较中，由于摄影测量是基于图像几何，测深误差集中在1米到3米之间，并且与水深无关；而基于经验模型的测深法基于反射率与水深之间的经验关系，因此该方法的精度随水深而变化，对于小于8米深度的情况下，差异主要集中在-1米到1米，误差随深度增加而增加。
3、结合地形作为光谱以外的附加特征对珊瑚礁进行分类，可以提高分类的准确性，特别是对于一些具有明显坡度的类别。
图2 光学卫星测深结果与ICESat-2的比较
图3 随深度变化的测深误差
图4 珊瑚礁分类结果
以上研究以“Bathymetry derivation and slope-assisted benthic mapping using optical satellite imagery in combination with ICESat-2”为题发表在《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》（中科院一区TOP）。中山大学地球科学与工程学院硕士研究生刘煜辉为文章第一作者，周宇教授为文章通讯作者，杨小强教授为文章合作作者。该研究得到了国家重点研发计划（2023YFC3008600），国家自然科学基金（42374001）和中山大学科研培育计划（32110-31143260）的资助。
原文信息：
Liu Y, Zhou Y, Yang X. Bathymetry derivation and slope-assisted benthic mapping using optical satellite imagery in combination with ICESat-2. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2024, 127: 103700. https://doi.org/10.1016/j.jag.2024.103700.
初审：黄荣
审核：张照
审核发布：何晓钟
