研究背景：高分辨率監測的必要性與現實瓶頸

淺海生態系統是海岸防護、生物多樣性維持和生態服務供給的重要基礎。水深信息和底棲生境分布，是認識淺海生態格局、評估環境變化和制定保護策略的關鍵數據。過去，水深與底棲信息主要依靠實地勘測獲取，該方式成本高、效率低，難以滿足大范圍、高頻次和精細化監測需求。遙感技術為淺海制圖提供了新路徑：衛星多光譜影像覆蓋廣、連續性強，無人機高光譜影像則兼具厘米級空間細節和豐富光譜信息。盡管已有研究推動了衛星與無人機平臺在淺海測繪中的融合應用，但一個核心問題仍待明確：在淺海水體監測中，空間分辨率與光譜分辨率究竟如何影響制圖精度？

圍繞這一問題，西班牙拉斯帕爾馬斯大學海洋學與全球變化研究所的團隊近日在《Scientific Reports》發表研究，系統比較了無人機高光譜、衛星多光譜和RGB影像在淺海水深反演與底棲生境制圖中的表現。該研究為海岸帶生態監測中的平臺選擇、數據配置和方法優化提供了重要參考。

 圖1.研究區域：(a) Las Canteras海灘位于西班牙加那利群島拉斯帕爾馬斯市內。(b) Las Canteras海灘的航拍照片。

圖2.本研究在Las Canteras海灘檢測到的主要海洋植被：(a) 小片死亡的Cymodocea nodosa，(b) 須狀Cymopolia barbata，(c) 伴生有須狀Cymopolia barbata的死亡Cymodocea nodosa，(d) Dictyotales sp，(e) 絲狀紅藻，以及 (f) 包含各類植被的區域。

研究方法：控制變量下的系統比較

（1）研究區域：西班牙大加那利島拉斯帕爾馬斯市Las Canteras海灘，主要物種包括：Cymodocea nodosa, Cymopolia barbata, Dictyotales sp, 絲狀紅藻等；

（2）光譜數據來源：

無人機高光譜數據：Resonon Pika L高光譜成像儀（97波段，398–800 nm）；

Resonon Pika L光譜參數：

光譜范圍：400-1000 nm；

空間通道數：900；

光譜通道數：281；

光譜分辨率：2.7 nm；

衛星數據：WorldView-2（8波段，2 m分辨率）；

RGB數據：GoPro Hero 10（3波段）；

為了開展受控的空間—光譜分辨率實驗，作者并沒有簡單地將無人機影像和衛星影像直接對比，而是以無人機高光譜影像作為統一數據源，模擬生成6組控制變量影像；

（3）實測數據來源：

水深參考數據：采用當地市政部門多波束測深儀實測數據；

底棲生境參考數據：2023年10月開展實地勘測，布設39個監測點；

（4）數據處理：整體技術流程分為影像預處理、水深與底棲生境測繪、精度評價三大模塊，軟件搭配：地理配準、出圖使用ArcGIS Pro；大氣校正采用Python編寫的6S 大氣模型；其余預處理、模型訓練、精度計算基于MATLAB實現；

圖3.水深圖：涉及多平臺與多算法的研究，涵蓋不同的空間分辨率（10 cm和2 m）及光譜分辨率（97、8和3個波段）。

表1.評估測深圖：MAE、RMSE和經調整的R2。

圖4.底棲生境圖：涉及多平臺與多算法的研究，涵蓋不同的空間分辨率（10 cm和2 m）及光譜分辨率（97、8和3個波段）。

圖5.基于模型、空間分辨率及光譜分辨率，對海底類型制圖中各類別平均準確率進行的比較研究。

表2.基于五種分類及10 cm空間分辨率影像的底棲生境圖評估：準確度與Cohen’s Kappa系數。

圖6.無人機飛行重疊區域的植被演變。

研究結果：淺海遙感制圖精度對比

高光譜精度最高，適用于精細化生態調查、物種細分、科研級監測；

多光譜數據在精度與分辨率之間實現極佳平衡，適用于區域常態化海岸監測、大范圍水深測繪；

RGB數據可基本滿足水深反演需求，在復雜生境下的底棲分類結果可靠性較差；

空間分辨率主要影響圖斑細節，對水深精度影響有限；

底棲生境分類更依賴光譜信息，RGB影像局限明顯；

2016—2023年間研究區海洋植被呈下降趨勢；

結語

研究表明，淺海生態遙感監測并非單純追求更高分辨率，而是需要根據監測目標合理選擇影像配置。高光譜適合精細識別，多光譜更利于區域化應用，RGB則可作為低成本快速調查手段。未來，隨著無人機高光譜、衛星多光譜與機器學習方法的進一步融合，淺海監測有望實現更高頻、更精細、更業務化的應用，為海洋植被退化識別、底棲生境保護和海岸帶精細化管理提供更可靠的數據支撐。

發表期刊：scientific reports【影響因子：3.9】

研究單位：西班牙拉斯帕爾馬斯大學海洋學與全球變化研究所

研究地點：西班牙大加那利島拉斯帕爾馬斯市Las Canteras海灘

使用設備：Resonon Pika L高光譜成像儀

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-38166-7