第二届大地测量遥感与地球系统科学研讨会

  浅海水深信息是海洋地形测绘、珊瑚礁生态环境监测、海岸带资源调查与海洋空间规划的重要基础数据。然而，传统船载测深方法受制于成本高、作业周期长以及复杂海域环境适应性不足等问题，难以满足偏远岛礁区域大范围、高效率水深获取需求。卫星遥感水深反演（Satellite-Derived Bathymetry, SDB）具有覆盖范围广、重复观测能力强等优势，为大范围浅海地形信息获取提供了新的技术途径。但现有光学遥感水深反演方法仍面临可靠水深参考数据不足、遥感光谱信息受水体环境影响明显以及主动激光数据噪声干扰严重等问题。

  针对上述问题，本文提出一种融合ICESat-2光子测高数据与Landsat-8多光谱遥感影像的主被动卫星遥感浅海水深反演方法。首先，针对ICESat-2 ATL03光子点云中有效海底信号弱、背景噪声复杂以及传统密度聚类方法难以适应光子沿轨方向分布特征的问题，提出自适应椭圆DBSCAN光子聚类方法。该方法通过分析局部光子空间分布方向，构建符合ICESat-2轨迹特征的椭圆搜索邻域，提高有效水面与海底光子提取能力。随后，结合水面识别、激光折射改正和水深计算方法，获取ICESat-2水深参考点，并与Landsat-8 OLI多光谱特征进行融合，利用梯度提升决策树（Gradient Boosting Decision Tree, GBDT）建立浅海水深反演模型。同时，引入空间交叉验证方法，对模型泛化能力进行评价。

  以南海甘泉岛和东沙环礁为研究区域开展实验。结果表明，自适应椭圆DBSCAN方法能够有效提升ICESat-2光子信号提取效果，相比传统DBSCAN方法，信号光子提取准确率达到98.7%，噪声剔除率达到99.5%。基于改进光子提取结果构建的主被动融合水深反演模型，相比传统GBDT流程，平均决定系数（R²）提高2.85%，均方根误差（RMSE）降低11.9%。研究表明，融合ICESat-2主动激光测高与光学遥感数据的水深反演方法能够有效提高复杂珊瑚礁浅海区域水深信息获取能力，可为海洋遥感测绘、岛礁环境监测及海岸带资源管理提供技术支持。