(English below)

Mô hình điều chỉnh theo kinh nghiệm so với phương pháp đảo ngược mô hình
Sự sẵn có của hai vệ tinh Sentinel-2 có thể cung cấp thời gian thăm lại trong ba ngày ở Ireland có tầm quan trọng to lớn. Độ phân giải tạm thời này làm tăng cơ hội thu được hình ảnh tốt ở những khu vực có những hạn chế đáng kể do điều kiện thời tiết và bề mặt nước. Tuy nhiên, ngay cả khi các hình ảnh của Sentinel-2 được đăng ký trong điều kiện 'tối ưu', một số khu vực đã đưa ra những thách thức nhất định đối với phép đo độ sâu từ vệ tinh.

Việc phân tích các biểu đồ phân tán (với chẩn đoán liên quan) giữa độ sâu thu được từ vệ tinh và độ sâu tại chỗ cho thấy sự biến động cao trong kết quả và sự phụ thuộc rõ ràng vào "chất lượng" của hình ảnh được sử dụng. Các sự kiện về độ đục cục bộ và thay đổi đã có tác động đến phép đo độ sâu lấy từ vệ tinh, gây ra việc đánh giá thấp các giá trị độ sâu. Các loại đáy tối như đá và tảo vĩ mô cũng có ảnh hưởng đến phép đo độ sâu từ vệ tinh, có khả năng gây ra đánh giá quá cao các giá trị độ sâu.

Việc so sánh các mô hình điều chỉnh theo kinh nghiệm và các mô hình đảo ngược vật lý được điều chỉnh tối ưu hóa cho thấy kết quả tương tự ở Vịnh Dublin. Phương pháp đảo ngược mô hình tạo ra RMSE và R2 trung bình lần lượt là 1,60 và 0,74 ở độ sâu 0m và 10m. Giá trị RMSE thấp nhất thu được ở Vịnh Dublin vào ngày 17/07/2017 (RMSE = 1,00) và trùng với hình ảnh có giá trị R2 cao nhất (R2 = 0,86) được tìm thấy. Những con số này khá giống với những con số thu được trong các nghiên cứu trước đây bằng cách sử dụng các phương pháp điều chỉnh theo kinh nghiệm trong cùng một khu vực nghiên cứu. Các nghiên cứu này báo cáo giá trị R2> 0,80 và giá trị RMSE trung bình là 1,05.

Các phương pháp điều chỉnh theo kinh nghiệm hoạt động tốt ở Vịnh Dublin vì vịnh có kiểu đáy đồng nhất và các hình ảnh Sentinel-2 được chọn gần với các điều kiện tối ưu (ví dụ: độ đục thấp). Tuy nhiên, ngay cả khi chúng đơn giản hơn và dễ sử dụng hơn, các phương pháp được điều chỉnh theo kinh nghiệm yêu cầu dữ liệu đào tạo tại chỗ, đây là một hạn chế đáng kể. Nếu thiếu dữ liệu như vậy, chúng không thể được sử dụng. Các phương pháp điều chỉnh theo kinh nghiệm cũng khó xác minh vì dữ liệu xác thực tại chỗ thường không thực sự độc lập với dữ liệu huấn luyện và chỉ lặp lại hiệu chuẩn hồi quy phù hợp. Độ chính xác đã được chứng minh của các phương pháp tiếp cận đảo ngược trên bờ biển Ireland có thể cung cấp một giải pháp tiềm năng để bao phủ nhiều khu vực nghiên cứu khác nhau, không chỉ những khu vực có kiểu đáy đồng nhất và điều kiện chất lượng nước tốt. Hơn nữa, các phương pháp tiếp cận đảo ngược có thể cung cấp thông tin về độ không đảm bảo và có khả năng ước tính các đặc tính quang học vốn có của nước và lớp phủ đáy. Tuy nhiên, trong các điều kiện thích hợp với hình ảnh tốt nhất, độ sâu có thể được phát hiện ở Vịnh Dublin lên đến 10m và có thể hơn, nhưng với độ chính xác giảm dần.

Trong điều kiện thích hợp với hình ảnh tốt nhất, độ sâu có thể được phát hiện ở Vịnh Dublin lên đến 10m và có thể hơn thế nữa.

Kết luận
Chất lượng và tính sẵn có của dữ liệu Sentinel-2 cho các vùng ven biển trên toàn thế giới đã làm tăng sự chú ý của các nhà quản lý vùng ven biển về nghiên cứu ứng dụng đo độ sâu lấy từ vệ tinh. Những kết quả thu được với phương pháp nghịch đảo vật lý được điều chỉnh tối ưu hóa có thể so sánh với những kết quả đạt được bằng các phương pháp điều chỉnh theo kinh nghiệm, mặc dù không dựa trên bất kỳ dữ liệu độ sâu tại chỗ nào.

Kết luận này có liên quan đặc biệt vì các phương pháp đảo ngược vật lý được điều chỉnh tối ưu hóa có thể cho phép các sửa đổi trong tương lai trong các phần quan trọng của chuỗi xử lý, dẫn đến kết quả được cải thiện. Hiểu được các đặc điểm cụ thể của từng địa điểm cụ thể là điều cần thiết đối với phép đo độ sâu lấy từ vệ tinh vì độ đục của nước và ảnh hưởng của đáy biển có thể hạn chế hiệu suất của các thuật toán đo độ sâu lấy từ vệ tinh.

-----

Sentinel-2 Satellite-derived Bathymetry in Optically Complex Waters - P2

Empirical Tuning Models vs Model Inversion Methods
The availability of two Sentinel-2 satellites that can provide a revisit time of three days in Ireland is of enormous importance. This temporal resolution increases the chance of obtaining good images in areas with significant limitations due to weather and water surface conditions. However, even when the Sentinel-2 images were registered in ‘optimal’ conditions, some areas presented certain challenges for satellite-derived bathymetry.

The analysis of the scatterplots (with associated diagnostics) between satellite-derived depth and in situ depth revealed high variability in the results and a clear dependence on the ‘quality’ of the image used. Local and variable turbidity events had an impact on satellite-derived bathymetry, causing an underestimation of depth values. Dark bottom types such as rock and macroalgae also had an effect on satellite-derived bathymetry, potentially causing an overestimation of depth values.

The comparison of empirical tuning models and optimization-tuned physics inversion models showed similar results in

Dublin Bay. Model inversion approaches produced an average RMSE and R2 of 1.60 and 0.74 respectively between 0m and 10m depth. The lowest RMSE value was obtained in Dublin Bay on 17/07/2017 (RMSE = 1.00), and was coincident with the image where the highest R2 value (R2 = 0.86) was found. These numbers were quite similar to the ones obtained in previous studies using empirically tuned methods in the same study area. These studies reported values of R2 > 0.80 and average RMSE values of 1.05.

Empirically tuned methods worked well in Dublin Bay because the bay presents a homogenous bottom type and the Sentinel-2 images were selected close to optimal conditions (e.g. low turbidity). However, even if they are more straightforward and easier to use, empirically tuned methods require in situ training data, which is a significant limitation. If such data is lacking, they cannot be used. Empirically tuned methods are also hard to verify since in situ validation data is frequently not really independent of the training data and effectively just repeats the calibration regression fit. The demonstrated accuracy of inversion approaches on the Irish coast could offer a potential solution to cover a different variety of study areas, not only the ones with homogenous bottom types and good water quality conditions. Moreover, inversion approaches can provide information about uncertainty and have the potential to estimate water-inherent optical properties and bottom cover. Nevertheless, under suitable conditions with the best images, depth could be detected in Dublin Bay up to 10m and possibly more, but with decreasing precision. 
Under suitable conditions with the best images, depth could be detected in Dublin Bay up to 10m and possibly more.
Conclusions
Sentinel-2 data quality and availability for worldwide coastal regions have increased the attention of coastal managers regarding satellite-derived bathymetry applied research. These results obtained with the optimization-tuned physics inversion approach were comparable to those achieved by empirical tuning methods, despite not relying on any in situ depth data. This conclusion is of particular relevance as optimization-tuned physics inversion approaches might allow future modifications in crucial parts of the processing chain, leading to improved results. Understanding the specific characteristics of each particular site is essential for satellite-derived bathymetry as water turbidity and the influence of the seafloor can limit the performance of satellite-derived bathymetry algorithms.

Geolink tổng hợp từ Hydro-international