浅海水深测量是海洋测绘领域的热点和难点,受限于吃水深度,传统的船载声呐系统在浅海区域效率低下、难以实施。光学遥感具有成本低、时效性高等优点,是浅海测深最主要的补充手段之一,主要形式包括利用光学遥感影像反演水深,以及用机载激光雷达直接测量等。本文针对光学遥感浅海测深的数据处理方法展开研究,主要包含卫星多光谱水深反演、卫星双介质立体摄影测量以及机载双频激光雷达测深三部分,主要内容和创新点包括:1.卫星多光谱水深反演。研究如何利用水深样本点同光学遥感影像建立水深反演模型,由点及面的获取测区水深信息。首先介绍了多光谱水深反演的原理和常用的理论及经验模型,随后梳理了多光谱水深反演的数据处理流程,文章重点讨论了海洋光学遥感影像预处理方法,样本点检查点数目分布对精度的影响,并系统对比了不同水体条件下多种经验模型的反演精度。本文还利用收集到的多种国内外遥感数据,开展了不同卫星影像测深精度对比实验,以综合研究光学图像多个指标对水深反演精度的影响。最后,本文将传统的全局反演模型改进为局部自适应反演模型,在一定程度上提高了双波段比值模型的反演精度。2.卫星双介质立体摄影测量。研究如何利用光学立体像对的几何信息,直接从卫星影像上计算浅海水深的方法。首先介绍了基于光线折射的双介质摄影测量基本原理,随后推导了将目标点从光线直线交点纠正到光线折射交点的折射改正模型,并系统分析了卫星双介质立体摄影测量处理浅海水深的误差源。本文提出了完整的双介质立体测深流程,主要包括辐射处理、几何模型构建、水陆分离、水面高程计算、折射改正等步骤。最后使用WorldView-2多光谱立体影像验证本文的测深算法,实验结果表明卫星双介质摄影测量技术的测深精度与多光谱反演在同一水平,甚至更高。围绕卫星双介质立体摄影测量技术,本文在流程、算法等层面上进行创新,提出了基于平行特性的核线制作算法、稀疏匹配与密集匹配相结合的水下视差获取方法等。3.机载双频激光雷达水深测量。研究如何构建激光测深几何模型,以及如何从全波形激光回波数据中提取水面和水底信息,最终获得水陆一体化三维点云。文章也首先梳理了双频激光测深的基本原理,介绍了本文采用的激光测深设备,随后将激光雷达数据处理划分为几何模型构建、点云水陆分离、回波波形识别三大块。几何模型方面推导了激光点的地理坐标转换公式;点云水陆分离中通过激光特征提取与选择,基于支持向量机分类器实现水陆分类;回波波形识别上详细推导了混合高斯模型的非线性最小二乘解法。激光测深的核心问题是处理回波混杂的浅水区域和水底信号微弱的深水区域,文章提出用水面近红激光回波模拟浅水区水面分量的方法,从而能够在浅水绿激光回波中分离水面和水底信号。对深水区域用多通道回波联合解算,以提高水深测量的成功率。最后以单波束声呐数据检验本文激光测深算法,结果表明激光测深精度中误差优于0.2m,完全满足近岸开发活动对水深测量的精度要求。