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1、第13卷第2期水科学进展Vol13,No22002年3月ADVANCESINWATERSCIENCEMar,2002长江南通河段卫星遥感水深探测试验12黄家柱,尤玉明(1南京师范大学环境科学研究所,江苏南京210097;2南京水利科学研究院,江苏南京210029)摘要:在水深遥感机理分析的基础上,应用多光谱遥感技术,开展长江南通河段水深遥感探测试验,建立该河段水深遥感模型,对河床水下地形进行反演。试验表明,应用陆地卫星TM数据对含沙量较高的长江河口段浅部水深进行探测有一定的效果,可对常规水深测量起到辅助作用。关键词:卫星遥感;水深测量试验;长江南通段中
2、图分类号:P407文献标识码:A文章编号:1001-6791(2002)02-0235-04水深遥感探测技术受到国内外的普遍重视,但由于受电磁波穿透能力的限制,主要局限应[1]用于浅海、陆架和大型湖泊,要求水体清澈,但对于长江河床这样一个含沙量较高的流动水体,存在较大难度。长江南通河段属河口段,江面平均宽达8km,河床呈弯曲与分汊复合的河型,受径流和潮流的共同作用,沙多流乱、演变剧烈。本文介绍应用陆地卫星多光谱遥感和数字图像处理技术,对长江南通河段水下地形进行探测试验研究的方法和技术,同时对陆地卫星多光谱遥感在长江河床水深探测中的适用性及其效果进行分析。1试验方法
3、(1)在遥感水深探测机理研究的基础上,应用水下沙体信息反映较好的1984年8月4日卫星遥感数据和1983年准同步测量的实测航道水深数据,经几何纠正、配准、数据采集、计算,建立遥感光谱值与水深值之间的相关数学模型;(2)进行不同时相遥感水深信息提取,将经模型计算得出的遥感解译结果与准同步水深实测资料进行对比验证;(3)对经增强后的不同时相遥感图像进行水下沙体目视解译,并对遥感解译的适用性和局限性进行分析。2水深遥感机理应用遥感方法探测水下地形的过程即是解决水深的遥感测量问题。水深遥感的物理基础是光线、大气和水体之间的相互作用过程。在河道水深遥感中,入射到卫星传感器的可见光能量包
4、含有:光在水-气界面上的反射和折射(其中包括来自天空光和太阳光的表面反射);大收稿日期:2001-01-11;修订日期:2001-02-27基金项目:国家自然科学基金项目(49971064);江苏省自然科学基金项目(BK97213)资助作者简介:黄家柱(1945-),男,江苏南京人,南京师范大学环境科学研究所研究员,硕士,主要从事资源环境遥感与GIS研究。236水科学进展第13卷气散射;来自水体中向上发射的水中光(包括水体散射和底部反射)。不同波长的可见光,对水体具有不同的穿透能力。实验研究结果表明,可见光中绿波段(050~056m)具有最大的大[2]气透过率和最小
5、的水体衰减,是水深遥感中的最佳波段。水体浑浊度则是影响光在水中穿透能力的主要因素。当水体浑浊时,衰减系数增大,光线在水中穿透能力减弱;当水体足够清澈时,水体衰减系数减小,太阳光辐射穿透能力增强。而水体浑浊度增大到一定程度时,水体中悬浮粒子的后向反射分量就会大于水底的反射分量,此时传感器无法接收到水底部反射信息。含沙量越大,所能探测的深度越小。南通河段由于受径流和潮流的共同作用,悬浮泥沙含量平33均值约03kg/m,最大悬浮泥沙含量达06kg/m以上。可见光在水中穿透性受到较大影响,传感器接收到的既有悬浮粒子的后向散射,也有底部反射。随着水体厚度的增加,传感器所接受到水底反射
6、光越来越弱,直到趋于零,这里有个临界深度,即遥感对水体的探测深度。3水深遥感模型目前国内外应用遥感技术提取和计算水深信息的方法,是建立理论解译模式和统计相关模[3]式。理论模型是根据光在水体中的辐射传输过程中的物理光学特性而建立的光辐射传输方程。由于光在水体中的辐射传输非常复杂,而在实际应用中某些参量的测量受到一定程度限[2]制,故通常采用理论模型的简化而得到半理论半经验的水深遥感模型。此关系式描述为-(sec+sec)()zPz()=[()+a/w()]L()d+PSC()(1)式中Pz()为传感器接收Z水深时光
7、谱波段的幅射能量;L()为入射到水体表面的太阳光谱幅射度;a/w为水-气界面反射率;()为水底反射率;PSC为水体的后向散射幅射能量;()为水体的衰减系数;为传感器与天顶形成的观察角;为太阳天顶角。由于式(1)中最后二项的原因,仍不能很好的进行水深计算,可通过对深水域的遥感数据,将其消除。对于任何深水域,当Z时,式(1)中幂指数项应为零,于是得P()=Pa/w()L()d+PSC()(2)通过合并(1)、(2)式,可得-(sec+sec)()
