Исследование батиметрических характеристик мезотрофного водоема
на основе данных WorldView-2

Батиметрические данные высокого разрешения являются крайне необходимыми для широкого спектра исследований и практических задач. Методы активного зондирования могут быть весьма дорогостоящими (замеры с помощью эхолота или лидара) или иметь низкое пространственное разрешение (гидролокационное зондирование). Пассивное дистанционное зондирование (ДЗ) с использованием многоспектральных данных становится эффективной альтернативой для определения глубин, поскольку:
- солнечное излучение различных длин волн проникает в водную толщу до различных глубин,
- по мере продвижения светового потока к донной поверхности и в обратном направлении спектральные яркости предоставляют информацию о глубине.

Оценки глубин на основе пассивного ДЗ становятся значительно эффективнее в связи с возможностями увеличения оптического разрешения. Хотя эти оценки еще не достигли достаточного уровня точности, значительный прогресс наблюдается после запуска спутника WorldView-2, имеющего высокое пространственное разрешение (1.86м) и дополнительные спектральные каналы (Coastal, Yellow, Red edge, NIR2) по сравнению с традиционными (Blue, Green, Red, NIR1) .

В этой работе впервые используется моделирование спектральных комбинаций для получения батиметрических оценок внутреннего водоема, у которого основной характеристикой гидрозоля является фитопланктон. Целью работы является анализ возможностей данных WorldView-2 для получения батиметрии водоёма такого типа, в частности, исследование эффективности использования данных канала Coastal (400-450nm), наиболее глубоко проникающего в водную толщу.

Основным методом для получения искомых оценок был метод, основанный на модели отношений спектральных яркостей [Stumpf, 2003], поскольку при этом учитывается пространственная неоднородность параметров качества воды [Bramante, 2013].

Экспертные оценки и сравнительный вычислительный анализ продемонстрировали, что использование комбинаций каналов (Coastal, Green, Red, NIR1) и (Coastal, Green, Red, NIR2) является наиболее эффективным для получения батиметрии глубоководных участков водоёма, в том числе, с повышенной концентрацией хлорофилла «а». Комбинации (Coastal, Green, Red edge , NIR1) и (Coastal, Green, Red edge, NIR2) позволили получить батиметрические оценки мелководных участков прибрежной полосы.

При использовании модели отношений спектральных яркостей непредставленными оказываются мелководные участки с повышенными концентрациями хлорофилла «а» и взвешенного вещества. Поэтому для получения батиметрических оценок таких участков необходимо использовать дополнительно модель, учитывающую одновременное влияние, по крайне мере, двух оптических значимых компонент: хлорофилла «а», пропорционально увеличивающего количество поглощения света, и неорганической взвести, отражающей световую энергию.

Stumpf, R. P., Holdried, K. and Sinclair, M. 2003. Determination of Water Depth with High-Resolution Satellite Imagery over Variable Bottom Types. Limnology and Oceanography, 48: 547–56.

Bramante, James F., Raju, Durairaju Kumaran, and Sin, Tsai Min. 2013. Multispectral derivation of bathymetry in Singapore's shallow, turbid waters. International Journal of Remote Sensing, 34-6: 2070-2088.