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陈颖盈1 ,钱硕1 ,王微1 ,张高唯1 ,王祎1 ,郝增周2 ,徐凌宇3 ,石绥祥4
1, 北京邮电大学, 北京 100876;
2, 自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室, 浙江 杭州 310012;
3, 上海大学, 上海 200444;
4, 国家海洋信息中心数字海洋实验室, 天津 300171
CHEN Yingying1, QIAN Shuo1, WANG Wei1, ZHANG Gaowei1, WANG Yi1, HAO Zengzhou2, XU Lingyu3, SHI Suixiang4
摘要: 可靠的浅海水深数据对海洋生态研究、海洋过程分析及人类海洋活动支撑具有关键意义。传统测深技术如声学测深仪、激光雷达等存在成本高、可达性受限的问题,合成孔径雷达(SAR)测深易受环境因素干扰,而基于卫星多光谱影像的水深反演(satellite derived bathymetry,SDB)方法虽成本效益更优,但现有 SDB 模型仍存在明显局限:物理模型依赖高质量数据且求解复杂,传统机器学习经验模型受限于实测数据获取难度,卷积神经网络(convolutional neural networks,CNNs)与vision transformer(ViT)等深度学习模型难以同时兼顾浅滩礁石等局部细节的捕捉与远距离全局趋势的刻画。此外,目前的多数算法缺乏岛屿之间的迁移泛化性验证,制约实际应用。针对上述问题,本文提出一种融合了可变形卷积和多尺度特征的SDB模型:以Internimage 模型作为主干模型,利用其可变形卷积层自适应调整感受野以精准捕捉复杂地形局部空间异质性,并借助交互注意力机制建模长距离依赖以优化全局趋势刻画;在 Internimage 提取特征后,采用改进 Upernet 模型融合多尺度特征,构建下游水深反演头以进一步平衡局部精细预测与全局趋势一致性感知。在数据预处理阶段,对多时相 Sentinel-2 L2A SR数据进行云掩膜,并结合实测高程数据作为标签。本实验选取全球六个典型研究区(夏威夷瓦胡岛、考艾岛、圣克罗伊岛、维耶克斯岛、塞班岛与天宁岛)开展独立拟合测试,并通过 “预训练+少样本二阶段训练”的模式验证模型的跨岛屿泛化能力。结果表明,本文提出的模型反演精度显著优于其他基线模型,且在新岛屿上通过少样本微调即可展现出良好的泛化性,为实际浅海水域水深测绘提供了更高效、可靠的技术路径。