Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 6. С. 85-96
Определение спутниковой батиметрии в прибрежной зоне Чёрного моря по полю поверхностных волн
С.В. Федоров
1 , С.В. Станичный
1 1 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия
Одобрена к печати: 13.12.2021
DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-6-85-96
Работа посвящена демонстрации возможности восстановления батиметрии в прибрежной зоне Чёрного моря по данным измерений спутниковых сканеров в оптическом диапазоне электромагнитного спектра. Обратная задача по восстановлению глубины решается определением параметров поверхностных волн при их выходе на мелководье на основе линейной волновой теории. Спутниковый снимок разбивался на блоки, в пределах которых с помощью быстрого преобразования Фурье определялась длина и направление доминирующей волны. Далее расчёты повторялись в направлении движения волнового луча к берегу. Период волн в первом приближении определялся из дисперсионного отношения для глубокой воды и считался постоянным вдоль волнового луча. С использованием этих оценок по дисперсионному отношению для мелкой воды в первом приближении определялась глубина. Дальнейшие оценки периода и глубины выполнялись методом последовательных итераций из условия минимизации ошибки определения угловой частоты. Диапазон определяемых глубин по данному методу зависит от длины поверхностных волн. При длинах 30–40 м возможно восстанавливать глубины до 15–20 м, а при наблюдении более длинных волн зыби диапазон определяемых глубин увеличивается до 45 м. Использование этого метода затруднено в закрытых и/или защищённых от волн бухтах, так как длинные волны в них не проникают, а короткие нечувствительны к изменениям глубины.
Ключевые слова: спутниковая батиметрия, Sentinel-2, «Ресурс-П», «Геотон», Чёрное море
Полный текстСписок литературы:
- Кирилин А. Н., Ахметов Р. Н., Стратилатов Н. Р., Бакланов А. И., Федоров В. М., Новиков М. В. Космический аппарат «Ресурс-П» // Геоматика. 2010. № 4. C. 23–26.
- Пиваев П. Д., Кудрявцев В. Н., Балашова Е. А., Шапрон Б. Особенности проявления донной топографии на спутниковых РСА-изображениях // Мор. гидрофиз. журн. 2020. Т. 36. № 3. С. 313–328. DOI: 10.22449/0233-7584-2020-3-313-328.
- Юровская М. В., Кудрявцев В. Н., Станичный С. В. Восстановление кинематических характеристик поверхностного волнения и батиметрии по многоканальным оптическим снимкам комплекса «Геотон-Л1» на спутнике «Ресурс-П» // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 2. С. 218–226. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-2-218-226.
- Bian X., Shao Y., Tian W., Wang S., Zhang C., Wang X., Zhang Z. Underwater Topography Detection in Coastal Areas Using Fully Polarimetric SAR Data // Remote Sensing. 2017. V. 9(6). Art. No. 560. DOI: 10.3390/rs9060560.
- Boccia V., Renga A., Moccia A., Zoffoli S. Tracking of Coastal Swell Fields in SAR Images for Sea Depth Retrieval: Application to ALOS L-Band Data // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2015. V. 8. No. 7. P. 3532–3540. DOI: 10.1109/JSTARS.2015.2418273.
- Brusch S., Held P., Lehner S., Rosenthal W., Pleskachevsky A. Underwater Bottom Topography in Coastal Areas from TerraSAR-X Data // Intern. J. Remote Sensing. 2011. V. 32. No. 16. P. 4527–4543. DOI: 10.1080/01431161.2010.489063.
- Dalrymple R. A., Kennedy A. B., Kirby J. T., Chen Q. Determining depth from remotely-sensed images // Coastal Engineering: Proc. 26th Intern. Conf. 22–26 June 1998. Copenhagen, Denmark. 1998. V. 2. P. 2395–2408.
- Danilo C., Melgani F. Wave Period and Coastal Bathymetry Using Wave Propagation on Optical Images // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2016. V. 54. No. 11. P. 6307–6319. DOI: 10.1109/TGRS.2016.2579266.
- Drusch M., Bello U. D., Carlier S., Colin O., Fernandez V., Gascon F., Hoersch B., Isola C., Laberinti P., Martimort P., Meygret A., Spoto F., Sy O., Marchese F., Bargellini P. L. Sentinel-2: ESA’s Optical High-Resolution Mission for GMES Operational Services // Remote Sensing of Environment. 2012. V. 120. P. 25–36. DOI: 10.1016/J.RSE.2011.11.026.
- Holland T. K. Application of the Linear Dispersion Relation with Respect to Depth Inversion and Remotely Sensed Imagery // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2001. V. 39. No. 9. P. 2060–2072. DOI: 10.1109/36.951097.
- Lee Z. P., Carder K. L., Mobley C. D., Steward R. G., Patch J. S. Hyperspectral remote sensing for shallow waters: 1. A semianalytical model // Applied Optics. 1999. V. 37(27). P. 6329–6338. DOI: 10.1364/ao.37.006329.
- Leu L.-G., Kuo Y.-Y., Liu C.-T. Coastal Bathymetry from the Wave Spectrum of SPOT Images // Coastal Engineering J. 1999. V. 41. No. 1. P. 21–41. DOI: 10.1142/s0578563499000036.
- Li J., Zhang H., Hou P., Zheng G. Mapping the Bathymetry of Shallow Coastal Water Using Single-Frame Fine-Resolution Optical Remote Sensing Imagery // Acta Oceanologica Sinica. 2016. V. 35. No. 1. P. 60–66. DOI: 10.1007/s13131-016-0797-x.
- Lyzenga D. R. Remote Sensing of Bottom Reflectance and Water Attenuation Parameters in Shallow Water Using Aircraft and Landsat Data // Intern. J. Remote Sensing. 1981. V. 2. No. 1. P. 71–82. DOI: 10.1080/01431168108948342.
- Pe’eri S., Azuike C., Parrish C. Satellite Remote Sensing as a Reconnaissance Tool for Assessing Nautical Chart Adequacy and Completeness // Marine Geodesy. 2014. V. 37. P. 293–314. DOI: 10.1080/01490419.2014.902880.
- Philpot W. Bathymetric Mapping with Passive Multispectral Imagery // Applied Optics. 1989. V. 28. P. 1569–1578. DOI: 10.1364/AO.28.001569.
- Piotrowski C. C., Dugan J. P. Accuracy of Bathymetry and Current Retrievals from Airborne Optical Time-Series Imaging of Shoaling Waves // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2002. V. 40. No. 12. P. 2606–2618. DOI: 10.1109/TGRS.2002.807578.
- Populus J., Aristaghes C., Jonsson L., Augustin J., Pouliquen E. The Use of SPOT Data for Wave Analysis // Remote Sensing of Environment. 1991. V. 36. P. 55–65. DOI: 10.1016/0034-4257(91)90030-A.
- Stumpf R. P., Holderied K., Sinclair M. Determination of Water Depth with High-Resolution Satellite Imagery over Variable Bottom Types // Limnology and Oceanography. 2003. V. 48. P. 547–556. DOI: 10.4319/LO.2003.48.1_PART_2.0547.
- The International Hydrographic Review / Intern. Hydrographic Organization. Monaco, 2017. 53 p. URL: https://www.iho.int/mtg_docs/IHReview/2017/IHR_November2017.pdf.