基于地形多尺度稳健逼近的ICESat-2近海浅水测深方法研究

《IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing》：A Coastal Bathymetry Method Based on Multi-Scale Robust Approximation of Topography for ICESat-2 Photon-Counting LiDAR With Strong and Weak Beam Pairs

　　浅水测深对于近海区域的资源开发和生态保护具有重要意义。由于海洋环境复杂以及岛屿和礁石分布零散，传统的原位声学或光学测深方法无法满足大规模或远距离近海地形测绘的需求。ICESat-2星载先进光子计数激光雷达系统具备全球近海区域浅水测深的能力。然而，ICESat-2的测深信号极易因太阳辐射和水体散射而产生噪声淹没问题，尤其对于弱光束而言更为严重。本研究提出了一种基于地形多尺度稳健逼近的近海测深方法（CB-MRAT），用于在多种环境噪声干扰下处理强光束和弱光束数据。在全球不同海域的岛屿和礁石上进行了验证实验，结果表明该方法能够有效且稳健地提取信号光子，从而实现精确的测深测量。具体而言，信号光子提取的平均F1值达到97.7%，测深的平均均方根误差（RMSE）为0.43米，与原位测深测量保持高度一致。与ATL24内置算法以及基于自适应高程差阈值的光子去噪算法（AEDTA）相比，CB-MRAT能够对信号光子进行精确完整的检测，并在不同脉冲能量和光子密度的数据集中展现出更优的测深精度，平均RMSE分别降低了65.9%和76.5%。值得注意的是，CB-MRAT在强光束和弱光束数据上均实现了相近的测深性能，证明了其出色的适应能力。本研究为高精度和自动化的ICESat-2测深提供了一种稳健的方法，从而为浅水测深提供了技术支持……