AI Summary & Key Takeaways
AI InsightAlthough the expected accuracy for navigation is not met, bathymetric maps of shallow areas with high optical transparency can still be obtained at a low cost by combining two independent satellite-based datasets for research and other applications.
📌 3 Key Takeaways
Abstract
Bathymetry maps can be produced with high accuracy by using active acoustic and laser sensing systems. Various acoustic systems such as side-scan sonar, single and multi-beam echosounder are difficult to operate in shallow waters, and measurement with laser systems depends on the presence of appropriate optical transparency. Disadvantages such as workload, time, and economic costs should also be mentioned in the implementation of the two systems. On the other hand, bathymetry maps can be obtained in shallow waters up to a depth of 15 m at an affordable cost with multispectral images covering larger areas and remote/inaccessible locations. This method, known as the experimental approach, requires however sufficient field depth data. In this study, bathymetric map of a study area was generated by combining external depth measurements obtained from ICESat-2 ATL03 photon heights and Sentinel-2 multispectral images. This study aimed to test the accuracy of this bathymetric map against an existing map. Reflectance values measured in Sentinel-2’s coastal aerosol, blue and green bands were modelled under multiple linear regression by using both log-linear and log-rational approaches, and as a result a relative depth map was obtained. The resultant non-metric map is scaled by refraction corrected ICESat-2 depth values building the model’s training set. The bathymetry map was calculated with the multiple linear regression model obtained from this training set and compared with the existing side-scan sonar bathymetric map of the test area. The comparison tests revealed that the atmospheric correction did not improve the results, and better accuracy values were achieved with the log-linear approach compared to the log-rational approach. A root mean square error of ±1.6 m was calculated from the comparisons to the acoustic bathymetry map. The number of differences having absolute values of 5 m and below constituted 94% of the total comparison points. Although the expected accuracy for navigation is not met, bathymetric maps of shallow areas with high optical transparency can still be obtained at a low cost by combining two independent satellite-based datasets for research and other applications.
Özet
Batimetri haritaları akustik ve lazer gibi aktif algılayıcı sistemlerle yüksek doğruluklarla üretilebilmektedir. Yanal taramalı sonar, tek ve çok ışınlı iskandil gibi çeşitli akustik sistemlerin sığ sularda işletilmesi zor olup lazer sistemlerle ölçme yapılabilmesi de uygun optik geçirgenliğin varlığına bağlıdır. İki sistemin uygulanmasında iş yükü, zamansal ve ekonomik maliyet dezavantajlarından da bahsedilmelidir. Öte yandan geniş bir sahayı kapsayan ve erişilmesi güç konumlara ait multispektral görüntülerle 15 m derinliğe kadar sığ sularda batimetri haritası uygun maliyetle elde edilebilmektedir. Deneysel yaklaşım olarak bilinen bu yöntem uygulama yapılan sahadan toplanmış yeterli sayıda derinlik verisine ihtiyaç duyar. Bu çalışmada sahaya gitmeksizin, ICESat-2 ATL03 foton yükseklik verilerinden elde edilen dışsal derinlik ölçmeleri ile Sentinel-2 multispektral görüntüleri kombine edilerek bir çalışma alanının batimetri haritasının üretilmesi ve bu haritanın doğruluğunun test edilmesi amaçlanmıştır. Sentinel-2’nin kıyı aerosol, mavi ve yeşil bantlarında ölçülen yansıma değerleri log-doğrusal ve log-oransal yaklaşımlar için ayrı ayrı olmak üzere çoklu doğrusal regresyonla modellenmiş ve bağıl derinlik haritası elde edilmiştir. Metrik olmayan bu harita eğitme verisi olarak seçilen, kırılma düzeltmesi getirilmiş ICESat-2 derinlik değerleri kullanılarak ölçeklendirilmiştir. Bu eğitme verisinden elde edilen çoklu doğrusal regresyon modeliyle batimetri haritası hesaplanmış, test alanının daha önce yanal taramalı sonar ile üretilmiş 60 m grid aralıklı batimetri haritasıyla karşılaştırılmıştır. Gerçekleştirilen karşılaştırma testlerinde atmosferik düzeltme getirilmesinin sonuçları iyileştirmediği gözlenmiş, log-doğrusal yaklaşımla log-oransal yaklaşıma nazaran daha iyi doğruluk değerlerine ulaşılmıştır. Akustik olarak üretilen batimetri haritasından hesaplanan farklarla ±1.6 m karesel ortalama hata değeri bulunmuş ve mutlak değerleri 5 m ve altında olan farkların sayısının toplam karşılaştırma noktalarının %94’ünü oluşturduğu gözlenmiştir. Sentinel-2 ve ICESat-2 sinerjisiyle elde edilen batimetri haritası navigasyon için beklenen doğruluğu karşılamamaktadır. Ancak sahaya gitmeksizin, iki veri kümesi birleştirilerek optik geçirgenliğin haritalamaya izin verdiği sığ suların batimetri haritaları araştırma ve diğer uygulama çalışmaları için uygun maliyetle üretilebilir.