[科普中国]-遥感测深

简介

遥感测深是利用航空或航天运载工具上的测设系统，测定水（海）底各点在水面以下深度的工作。具有探测面积大、效率高、数据便于自动化处理等优点。根据仪器的搭载工具，分为航空遥感测深和航天遥感测深。按工作原理分为主动遥感测深，被动遥感测深和主动一被动遥感测深。

优点遥感测深技术克服了传统测深方法的不足，弥补了传统测量中对广阔水域无法实现连续、多点、实时测量的缺点。通过遥感技术手段可以大面积、快速、准同步、高分辨率地获取多时相、多波段的遥感影像数据。随着遥感技术的深入发展与水深监测需求的增加，水深遥感监测研究越来越受到重视2。

现代遥感技术已经进入一个新阶段，能够动态、快速、高分辨率、多平台、多时相地对地观测，获取海量数据。卫星遥感的多传感器技术，可以全面覆盖大气窗口的所有部分。

与传统的对地观测手段相比，遥感具有获取地物电磁波信息大范围覆盖、同步性强、重访周期短、投入产出比高、经济实用，不受地理位置或人为条件限制等优点，通过反演估算，可以实现地理事物、现象的宏观动态观测。因此，通过遥感技术手段估算大型、特大型湖泊水深2。

遥感测深原理太阳辐射在经过大气的吸收、反射和散射等作用后到达水体表面，一部分能量在水-气界面被反射回大气中，大部分能量经水面折射进入水体。受水体对光的吸收和散射作用的影响，当光波进入水体后其传播的能量会不断衰减，一部分光由于受到水体内分子的影响发生散射作用而离开水体返回大气，只有较少的光到达水底被反射后又穿过水体和大气被卫星传感器接收。传感器接收到的光辐射主要包括大气信息和水体信息。大气信息中的后向散射和反射可以通过大气校正来消除；水体信息主要包括水体表面直接反射的光信息、水体的后向散射光信息和水底反射光信息。其中水体表面直接反射的光信息只与水体表面有关，可以通过选取深水区的光信息量来近似代替。水体中的后向散射信息反映了水体中悬浮物的信息，可以通过一定的数学方法来消除；直接由水底反射进入传感器的光信息是水下地形的直接反映，是水深遥感的主要信息来源。对卫星影像进行信息分离，突出水深信息并结合一定的模型运算即可反演出研究区的水深数据1。

遥感测深方式遥感分类多样，按传感器探测目标物的电磁波来源，遥感可分为主动式遥感和被动式遥感。

主动式遥感测深主动式遥感测深通过传感器发射特定的电磁信号（微波、激光、超声波等）照射到地物（目标物），然后根据地物（目标物）反射回来的电磁波来识别目标特征，即用人工产生特定电磁辐射源，如微波和激光照射目标，再根据目标物反射回来的电磁波，来识别目标特征的一种遥感方式。

主动式遥感测深是由机载激光器发射激光，其中一部分光直接射向海面并从海面反射回来，另一部分光通过倍频转换器换频后，再发射并穿透海水射向海底而被反射回来，根据激光从海面垂直到达海底、并返回所需时间算出所测水深。

主动式遥感测深主要分为超声波测深与微波遥感测深。超声波具有方向性好、穿透能力强、能量高、灵敏度高、检验速度快、对人体无害等特点，而且可以在不同的媒质中传播，因此，超声波广泛地应用于多个领域，如医学人体诊断治疗、超声波测距、物体探伤和水下形貌测量等；微波遥感测深，主要采用合成孔径雷达技术，合成孔径雷达是一种主动式的微波成像雷达，通过测量地物后向散射信号，接受表征散射强度的图像。雷达影像的色调包含了水深信息。因微波波长较长，具有全天时、全天候测量的能力，几乎不受云层和天气因素的影响2。

被动式遥感测深被动式遥感不需人工电磁辐射源，主要利用自然福射源（如太阳光、探测物体自身）发出的电磁辐射照射目标，然后根据地物（目标物）反射或发射的电磁福射，来识别目标特征一种遥感方式。

被动式遥感测深主要指可见光遥感测深，其原理是水体辐射传输理论。可见光进入水体后，水体衰减系数的大小决定了可见光遥感测深的可测深度。自 20 世纪 30 年代末以来，国内外在可见光水深遥感研究方面作了大量的探索，取得了很好的成绩。目前，可见光遥感主要研究集中在水深较浅的水体，如海洋浅水区、河流及湖泊等2。

主动-被动遥感测深用以上主动和被动两种测深相结合的混合光谱扫描仪进行，适于海域宽和分辨率要求高的机载遥感测深。

海洋遥感测深测定海洋深度的一种方法。利用航空或航天(如卫星)运载工具上的遥感测深系统测定海底各点在水面下深度的工作。按工作原理有机载激光测深系统、多光谱扫描测深系统和两者相结合的混合光谱扫描测深系统。机载激光测深系统是通过测定两束波长不同的激光束分别射向海面和透过海水到海底并返回所需的时间，来计算水深。该系统在测深精度和测量效率方面都比一般回声测深仪要高。但探测深度受激光器功率及海况条件限制，目前仅达数十米。多光谱扫描测深系统是根据不同光谱段渗透海水的能力不同，采用几个狭窄的不同波段的光谱带进行水下扫描，从而获得不同深度的断面图像。该系统有效测量深度在一般海况下仅达数米。混合光谱扫描系统既能通过激光脉冲测定水深值，同时又能通过扫描获得不同深度的断面图像，从而获得海底地形资料。因此，该系统适用于宽海域、分辨率要求高的机载水深测量3。